Die Geheimnisse des dunklen Universums können vom Rubin-Observatorium gelöst werden
Ein bahnbrechendes neues Observatorium, das die genaueste Karte des Universums aller Zeiten erstellen wird, könnte zwei der drängendsten Rätsel der Wissenschaft lösen: die Natur der dunklen Energie und der dunklen Materie. Zusammen bilden diese Komponenten das sogenannte dunkle Universum.
Die Vera C. Rubin-Observatorium Derzeit befindet es sich auf dem Gipfel des El Peñón auf dem chilenischen Berg Cerro Pachón in der Entwicklung und soll 2025 seinen Betrieb aufnehmen. Wenn dies geschieht, wird Rubin alle paar Tage eine Legacy Survey of Space and Time (LSST) durchführen und dabei den gesamten südlichen sichtbaren Himmel beobachten. Es ist mehr als 10 Jahre her. In jeder dieser Nächte werden bis zu 1.000 Bilder des Himmels aufgenommen, die den Wissenschaftlern einen aufregenden neuen Blick auf den Himmel ermöglichen. Universum Und Einblicke, wie es sich entwickeln wird.
Während er dies tut, wird Robins weites Sichtfeld offenbaren, wie ein Netzwerk von … Dunkle Materie Es verzerrt Bilder entfernter Galaxien, wodurch Wissenschaftler die mysteriöse Materie besser kartieren können. Denn dieses riesige kosmische Netz scheint Galaxien zusammenzuhalten Dunkle Energie Wenn man sie auseinandertreibt, könnte dies Einzelheiten des kosmischen „Tauziehens“ enthüllen und wiederum, wie dunkle Energie und dunkle Materie miteinander verflochten sind, um das Universum zu bilden.
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„Mit Rubin werden wir alles haben“, sagte Andrés Alejandro Plazas Malagon, Betriebswissenschaftler bei Rubin. Das sagte er in einer Erklärung. „Wir werden die Eigenschaften einer viel größeren Anzahl von Galaxien messen als bisher, was uns die statistische Aussagekraft verleiht, schwache Linsen zu nutzen, um die Verteilung der Dunklen Materie abzubilden und zu untersuchen, wie sich Dunkle Energie im Laufe der Zeit entwickelt.“
Wie kann Robin Licht in das dunkle Universum bringen?
Dunkle Materie und dunkle Energie stellen für Forscher eine Herausforderung bei der Erforschung dar, denn obwohl sie 95 % des gesamten Energie- und Materiegehalts des Universums ausmachen (dunkle Materie macht 27 % und dunkle Energie 68 % aus), sind sie im Wesentlichen unsichtbar zu uns. Es bedeutet Dinge, die etwas ausmachen SterneDie Planeten und alles, was uns täglich umgibt (einschließlich unseres Körpers), machen nur 5 % des Inhalts des Universums aus.
Der Grund dafür, dass dunkle Materie nicht sichtbar ist, liegt darin, dass sie nicht mit Licht interagiert. Daher kann nur aus der Wirkung der Schwerkraft auf Licht und „gewöhnliche“ Materie geschlossen werden, dass wir tatsächlich sehen können. Tatsächlich tragen diese Gravitationseffekte buchstäblich dazu bei, den Inhalt von Galaxien während ihrer Rotation zusammenzuhalten, eine Entdeckung, die ein amerikanischer Astronom gemacht hat. Vera C. Rubin, das diesem neuen revolutionären Observatorium seinen Namen gab. Während dunkle Materie Galaxien intern zusammenhält, häufen sich dieselben Galaxien auch, was bedeutet, dass die Materie über einen viel größeren Maßstab verteilt ist und die Struktur des Universums stabil bleibt.
Dunkle Energie wirkt auch in größerem Maßstab, indem sie die Expansion des Universums beschleunigt und Galaxien immer schneller voneinander entfernt, während sie mit dem Gefüge des Universums interagieren. Ort und Zeit.
„Man kann sich dunkle Materie so vorstellen, dass sie versucht, kosmische Strukturen aufzubauen, während dunkle Energie tatsächlich versucht, sie aufzulockern und wegzuschieben“, sagte Plaza-Malagon.
Die Wirkung der Dunklen Energie wird durch eine kosmologische Konstante beschrieben, die jedoch von einigen Wissenschaftlern als „die schlechteste theoretische Vorhersage in der Geschichte der Physik“ beschrieben wurde, was auch nicht wirklich übertrieben ist. Die von der Quantenfeldtheorie vorhergesagte Konstante, die alle Teilchen im Universum berücksichtigt, ist um 120 Größenordnungen größer als der von Astronomen bei der Beobachtung des Universums gemessene Wert.
Dies entspricht dem Abmessen einer Tüte Zucker und der Feststellung, dass sie 1 Pfund wiegt, während man davon ausgeht, dass die Anzahl der einzelnen Zuckerkörner, die Sie hergestellt haben, 10^120 Pfund wiegt (1 gefolgt von 120 Nullen).
Rubin könnte helfen, einen genauen Wert für die kosmologische Konstante zu bestimmen, indem er das ausgedehnte unsichtbare kosmische Netz aus dunkler Materie des Universums mithilfe eines Phänomens namens Gravitationslinsen besser kartiert, das erstmals vorhergesagt wurde Albert Einstein In seiner Theorie von 1915 Generelle Relativität,
Die Allgemeine Relativitätstheorie legt nahe, dass Objekte mit Masse einen „verzerrenden“ Effekt auf das Gefüge des Universums haben. Je größer die Masse, desto extremer die Fälschung. Diese Verzerrung der Raumzeit ist verständlich Schwere Entsteht.
Wenn Licht durch eine dieser Krümmungen oder „Kratzer“ in der Raumzeit geht, wird sein Weg gekrümmt. Dies bedeutet, dass ein Objekt mit großer Masse zwischen sie fällt Land Da es sich um eine entfernte Lichtquelle handelt, kann das Licht dieser Hintergrundquelle Pfade um das störende Objekt herum nehmen, die zu unterschiedlichen Enden gekrümmt sind, je nachdem, wie nah sie am störenden Objekt selbst sind. Manchmal führen diese Pfade dazu, dass die Lichtquelle von unserem Standpunkt auf der Erde aus vergrößert erscheint. Das Phänomen ist bekannt als „Gravitationslinse„.
Dunkle Materie hat auch Masse; Somit nimmt es an dieser Lichtbeugung teil, obwohl die mysteriöse Form der Materie nicht mit Licht interagiert. Dieser Effekt wurde genutzt, um festzustellen, dass die meisten Galaxien von einem Halo aus dunkler Materie umgeben sind.
In extremen Fällen, die als „starke Linse“ bezeichnet werden, kann der Effekt der gekrümmten Raumzeit dazu führen, dass Objekte mehrmals im selben Bild erscheinen oder dass ein Hintergrundobjekt verschwommen oder verzerrt erscheint. Dadurch kann dieses Licht verstärkt werden, sodass entfernte und schwache Objekte sichtbar sind. Es gibt jedoch subtilere Fälle von Gravitationslinse Es wird als „schwache Linse“ bezeichnet und ist an sich nützlich.
„Wenn eine starke Linse so ist, als würde man durch den Boden eines Weinglases schauen, ist eine schwache Linse so, als würde man durch ein großes, sehr leicht verzerrtes Fenster schauen“, so Theo Schott, Ph.D. von der Stanford University. Der Kandidat sagte in der Erklärung.
Eine schwache Linsenwirkung kann nicht nur an den Rändern starker Linseneffekte auftreten, die von einem massereichen Objekt (z. B. einer Galaxie oder einem Sternhaufen) erzeugt werden, sondern auch als Folge des großräumigen kosmischen Netzes aus dunkler Materie, von dem angenommen wird, dass es das Universum durchdringt. Dies führt zu subtilen Verzerrungen in entfernten Galaxien, die normalerweise zu gering sind, um einzeln gesehen zu werden, aber berechenbar sind, wenn der kumulative Verzerrungseffekt auf viele Galaxien gleichzeitig berücksichtigt wird.
Dies bedeutet letztendlich eine schwache Linsenwirkung aufgrund des Netzes aus dunkler Materie im Universum, was einen großen Datensatz von Galaxien und einen Blick auf die kollektive Verzerrung am Himmel erfordert.
Und hier kommt Robin ins Spiel.
Durch das riesige Sichtfeld des 8,4-Meter-Teleskops, das mit der größten Digitalkamera der Welt ausgestattet ist, wird das Observatorium in der Lage sein, riesige Himmelsabschnitte zu visualisieren und Daten über Milliarden von Galaxien und ihre Formen zu sammeln. Tatsächlich könnte Rubin so mächtig sein, dass er das Potenzial hat, Beweise dafür vorzulegen, dass dunkle Materie und dunkle Energie überhaupt nicht die eigentlichen Bestandteile des Universums sind – und dass möglicherweise eine modifizierte Gravitationstheorie erforderlich ist, um das Universum, in dem wir leben, zu erklären . Wir sehen um uns herum.
„Dunkle Energie ist ein Konzept, das in die in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie akzeptierte Gravitationstheorie passt, aber Rubin und LSST werden es uns auch ermöglichen, Alternativen dazu zu erforschen, was ebenfalls unglaublich aufregend ist“, schloss Plaza-Malagon.
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