Évszázadok óta arrogánsan azt hittük, hogy legmélyebb kérdéseinkre szinte minden választ megtaláltunk. A tudósok úgy gondolták, hogy a newtoni mechanika mindent leír, amíg felfedezik a fény hullámtermészetét. A fizikusok úgy gondolták, hogy amikor Maxwell egyesítette az elektromágnesességet, akkor ez volt a célvonal, de aztán jött a relativitás és a kvantummechanika. Sokan úgy gondolták, hogy az anyag természete teljesen egyértelmű, amikor megtaláltuk a protont, a neutront és az elektronot, de aztán nagy energiájú részecskékbe botlunk. Mindössze 25 év alatt öt hihetetlen felfedezés alakította át az univerzumról alkotott megértésünket, és mindegyik epikus forradalmat ígér. Elképesztő időben élünk: lehetőségünk van minden dolog rejtelmeinek legmélyéig betekinteni.
Neutrino tömeg
Amikor papíron kezdtük számolni a Napból érkező neutrínókat, kaptunk egy számot a fúzió alapján, amely biztosan belül zajlik. De amikor valóban elkezdtük számolni a Napból érkező neutrínókat, a vártnak csak a harmadát láttuk. Miért? A válasz csak a közelmúltban derült ki, amikor a nap- és a légköri neutrínók méréseinek kombinációja azt mutatta, hogy képesek oszcillálni egyik típusból a másikba. Mert tömegük van.
Mit jelent ez az asztrofizika szempontjából. A neutrínók az Univerzumban a leggyakoribb tömeges részecskék: egymilliárdszor több, mint az elektron. Ha tömegük van, az következik:
- a sötét anyag töredékét alkotják, - galaktikus szerkezetekbe esnek, Promóciós videó:
- fura kondenzátumként ismert furcsa asztrofizikai állapotot képezhet,
- társulhat a sötét energiával.
Ha a neutrínóknak van tömegük, akkor ezek a Majorana részecskék is lehetnek (nem pedig a gyakoribb Dirac-típusú részecskék), és új típusú nukleáris bomlást biztosítanak. Lehet, hogy szuper nehéz, balkezes unokatestvéreik is megmagyarázzák a sötét anyagot. A neutrínók az energia nagy részét a szupernóvákban is hordozzák, felelősek a neutroncsillagok hűtéséért, befolyásolják az Ősrobbanás (CMB) utánvilágítását, és a modern kozmológia és asztrofizika elengedhetetlen részei.
Gyorsuló Világegyetem
Ha az Univerzum forró Nagy Bummdal kezdődik, két fontos tulajdonsága lesz: kezdeti tágulási sebesség és kezdeti anyag / sugárzás / energia sűrűség. Ha a sűrűség túl nagy lenne, az univerzum újra egyesülne; ha túl kicsi, az univerzum örökké tágulni fog. De az Univerzumunkban a sűrűség és a tágulás nemcsak tökéletesen kiegyensúlyozott, hanem ennek az energiának egy apró része sötét energia formájában érkezik, ami azt jelenti, hogy Univerzumunk 8 milliárd év után rohamosan kezdett terjeszkedni, és azóta is ugyanabban a szellemben folytatódik.
Mit jelent ez az asztrofizika szempontjából. Az emberiség történetében először kaptunk alkalmat arra, hogy egy kicsit megismerjük az univerzum sorsát. Minden olyan tárgy, amely nincs gravitációs kapcsolatban egymással, végül szétszóródik, ami azt jelenti, hogy a helyi csoportunkon kívül minden egyszer elszáll. De mi a sötét energia természete? Ez valóban kozmológiai állandó? Összefügg-e a kvantumvákuummal? Lehet, hogy ez egy olyan terület, amelynek erőssége idővel változik? Az olyan jövőbeni küldetések, mint az ESA Euclid, a NASA WFIRST és az új 30 méteres teleszkópok, lehetővé teszik a sötét energia pontosabb mérését, és lehetővé teszik számunkra, hogy pontosan jellemezzük az univerzum gyorsulását. Végül is, ha a gyorsulás növekszik, az Univerzum nagy szakadással végződik; ha leesik, nagy tömörítéssel. Az egész univerzum sorsa forog kockán.
Exobolygók
Egy nemzedékkel ezelőtt úgy gondoltuk, hogy más csillagrendszerek közelében vannak bolygók, de nincs bizonyítékunk e tézis alátámasztására. Jelenleg, nagyrészt a NASA Kepler küldetésének köszönhetően, ezreket találtunk és teszteltünk. Számos naprendszer különbözik a miénktől: egyesek szuperföldet vagy mini-Neptunust tartalmaznak; egyesek a naprendszerek belsejében gázóriásokat tartalmaznak; a legtöbb a Föld nagyságú világokat tartalmazza az apró, halvány, vörös törpe csillagoktól megfelelő távolságban ahhoz, hogy folyékony víz jelenjen meg a felszínen. Még sok minden várat magára.
Mit jelent ez az asztrofizika szempontjából. A történelem során először fedeztünk fel olyan világokat, amelyek potenciális életjelöltek lehetnek. Minden eddiginél közelebb állunk az univerzum idegen életének jeleihez. És e világok közül sokan egyszer emberi telepeknek adhatnak otthont, ha ezt az utat választjuk. A 21. században elkezdjük feltárni ezeket a lehetőségeket: megmérjük e világok légkörét és keressük az élet jeleit, jelentős sebességgel küldünk űrszondákat, elemezzük a Földhöz hasonlóságukat olyan jellemzők tekintetében, mint az óceánok és a kontinensek, a felhőtakaró, a légkör oxigéntartalma, az idők az év … ja. A világegyetem történetében még soha nem volt erre alkalmasabb pillanat.
Higgs-bozon
A Higgs részecske felfedezése a 2010-es évek elején végül befejezte az elemi részecskék standard modelljét. A Higgs-bozon tömege körülbelül 126 GeV / s2, 10-24 másodperc múlva bomlik és pontosan a Standard Modell által megjósolt módon bomlik. Ennek a részecskének a viselkedésében a Standard Modellen kívül semmi új jele nincs, és ez nagy probléma.
Mit jelent ez az asztrofizika szempontjából. Miért sokkal kisebb a Higgs-tömeg, mint a Planck-tömeg? Ez a kérdés többféle módon is megfogalmazható: miért olyan gyengébb a gravitációs erő, mint a többi erő? Számos lehetséges megoldás létezik: szuperszimmetria, extra dimenziók, alapvető gerjesztések (konform megoldás), Higgs mint alkotó részecske (technicolor) stb. De ezeknek a megoldásoknak eddig nincs bizonyítékuk, és vajon elég alaposan megvizsgáltuk-e?
Bizonyos szinten valaminek alapvetően újnak kell lennie: új részecskéknek, új mezőknek, új erőknek, stb. Mindegyiküknek természeténél fogva asztrofizikai és kozmológiai következményei lesznek, és ezek a hatások a modelltől függenek. Ha a részecskefizika, például az LHC-n, nem ad új tippeket, akkor talán az asztrofizika is megteszi. Mi történik a legnagyobb energiáknál és a legrövidebb távolságokon? Az Ősrobbanás - és a kozmikus sugarak - a legmagasabb energiákat hozták el számunkra, mint ami a legerősebb részecskegyorsítónk valaha is volt. A fizika egyik legnagyobb problémájának megoldásához a következő kulcs az űrből származhat, nem a Földön.
Gravitációs hullámok
101 évig ez volt az asztrofizika szent grálja: Einstein legnagyobb, még be nem bizonyított jóslatának közvetlen bizonyítékainak felkutatása. Amikor az Advanced LIGO 2015-ben online kapcsolatba lépett, képes volt elérni azt az érzékenységet, amely szükséges az időközbeni hullámok észleléséhez az univerzumban a gravitációs hullámok legrövidebb hullámhosszú forrásától: a fekete lyukak tekerése és egyesítése. Két megerősített érzékeléssel az övében (és még hányan lesznek) az Advanced LIGO a gravitációs hullámcsillagást a fantáziától a valóságig vitte.
Mit jelent ez az asztrofizika szempontjából. Az összes csillagászat eddig a fénytől függött, a gammasugaraktól a látható spektrumig, a mikrohullámú és a rádiófrekvenciákig. De a hullámosságok detektálása a téridőben egy teljesen új módszer az univerzum asztrofizikai jelenségeinek tanulmányozására. Megfelelő érzékenységű megfelelő érzékelőkkel láthatjuk:
- a neutroncsillagok egyesítése (és megtudja, hogy gammasugár-töréseket hoznak-e létre);
- a fehér törpék egyesülése (és az Ia típusú szupernóvákat társítjuk hozzájuk);
- más tömegeket felemésztő szupermasszív fekete lyukak;
- a szupernóvák gravitációs hullám aláírásai;
- pulzárok aláírása;
- az univerzum születésének maradék gravitációs hullámú aláírásai, esetleg.
Most a gravitációs hullámcsillagászat a fejlődés legelején van, alig válik bizonyított területté. A következő lépések az érzékenység és a frekvencia tartományának növelése lesz, valamint a gravitációs égen látottak összehasonlítása az optikai egekkel. Jön a jövő.
És nem más remek rejtvényekről beszélünk. Sötét anyag van: az Univerzum tömegének több mint 80% -a teljesen láthatatlan a fény és a hétköznapi (atomi) anyag számára. A barionogenezis problémája van: miért van tele univerzumunk anyaggal és nem antianyaggal, annak ellenére, hogy minden általunk megfigyelt reakció teljesen szimmetrikus az anyagban és az antianyagban. Paradoxonai vannak a fekete lyukaknak, a kozmikus inflációnak, és a gravitáció sikeres kvantumelméletét még nem hozták létre.
Mindig van egy kísértés azt hinni, hogy a legjobb napjaink mögöttünk vannak, és hogy a legfontosabb és forradalmi felfedezések már megtörténtek. De ha meg akarjuk érteni az összes legnagyobb kérdést - honnan jött az Univerzum, miből áll valójában, hogyan jelent meg és merre halad, hogyan fog véget érni, még mindig nagyon sok munkánk van. Méretében, hatótávolságában és érzékenységében példátlan távcsövekkel többet tudhatunk meg, mint valaha is tudtuk. A győzelem soha nem garantált, de minden lépésünk egy lépéssel közelebb visz minket a célhoz. Nem számít, hová visz ez az út minket, a lényeg az, hogy hihetetlen lesz.