Vũ trụ của chúng ta vô cùng rộng lớn, chủ yếu là bí ẩn và nói chung là khó hiểu. Chúng ta bị bao quanh bởi những câu hỏi khó hiểu về quy mô cả lớn và nhỏ. Chắc chắn chúng ta có một số câu trả lời, như Mô hình chuẩn của vật lý hạt, giúp chúng ta (ít nhất là các nhà vật lý) hiểu được các tương tác hạ nguyên tử cơ bản và lý thuyết Big Bang về cách vũ trụ bắt đầu, kết hợp một câu chuyện vũ trụ trong quá khứ 13,8 tỷ năm.
Nhưng bất chấp những thành công của những mô hình này, chúng tôi vẫn còn nhiều việc phải làm. Ví dụ, những gì trên thế giới là năng lượng tối, cái tên chúng ta đặt cho động lực đằng sau sự giãn nở gia tốc quan sát của vũ trụ? Và ở phía đối diện của thang đo, chính xác thì neutrino là gì, những hạt nhỏ ma quái đó nén và phóng to vũ trụ mà không khó tương tác với bất cứ thứ gì?
Thoạt nhìn, hai câu hỏi này có vẻ rất khác nhau về quy mô và tính chất, và, tất cả mọi thứ mà chúng ta có thể cho rằng chúng ta cần phải trả lời chúng.
Nhưng nó có thể là một thí nghiệm duy nhất có thể tiết lộ câu trả lời cho cả hai. Một kính viễn vọng của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu được thiết lập để lập bản đồ vũ trụ tối - nhìn về thời gian, khoảng 10 tỷ năm, khi năng lượng tối được cho là đang hoành hành. Nào cùng đào vào bên trong.
Đi lớn và về nhà
Để đào sâu vào, chúng ta cần phải tra cứu. Đường lên. Trên quy mô lớn hơn nhiều so với các thiên hà (chúng ta đang nói về hàng tỷ năm ánh sáng ở đây, thưa các bạn), nơi vũ trụ của chúng ta giống như một mạng nhện phát sáng rộng lớn. Ngoại trừ, mạng nhện này không được làm bằng lụa, mà là các thiên hà. Các gân dài, mỏng của các thiên hà liên kết các nút dày đặc, vón cục. Những nút đó là các cụm, thành phố nhộn nhịp của các thiên hà và khí nóng, giàu có - những bức tường rộng lớn, rộng lớn của hàng ngàn trên hàng ngàn thiên hà. Và giữa các cấu trúc này, chiếm phần lớn khối lượng trong vũ trụ, là những khoảng trống vũ trụ vĩ đại, những sa mạc thiên thể chứa đầy không có gì nhiều.
Nó được gọi là mạng vũ trụ, và đó là thứ lớn nhất trong vũ trụ.
Mạng lưới vũ trụ này được xây dựng từ từ trong hàng tỷ năm bởi lực yếu nhất trong tự nhiên: trọng lực. Quay trở lại khi vũ trụ là phần nhỏ nhất của kích thước hiện tại của nó, nó gần như hoàn toàn đồng nhất. Nhưng "hầu như" rất quan trọng ở đây: Có sự khác biệt nhỏ về mật độ từ điểm này sang điểm khác, với một số góc của vũ trụ đông đúc hơn một chút so với trung bình và một số khác thì ít hơn một chút.
Với thời gian, trọng lực có thể làm những điều tuyệt vời. Trong trường hợp mạng vũ trụ của chúng ta, những vùng dày đặc hơn một chút so với trung bình có lực hấp dẫn mạnh hơn một chút, thu hút môi trường xung quanh chúng, khiến cho những cụm đó trở nên hấp dẫn hơn, thu hút nhiều hàng xóm hơn, v.v. Sớm.
Chuyển nhanh quá trình này một tỷ năm và bạn đã phát triển web vũ trụ của riêng mình.
Một công thức phổ quát
Đó là bức tranh chung: Để tạo ra một trang web vũ trụ, bạn cần một số "công cụ" và bạn cần một chút lực hấp dẫn. Nhưng nơi nó trở nên thực sự thú vị là ở các chi tiết, đặc biệt là các chi tiết của công cụ.
Các loại vật chất khác nhau sẽ co cụm lại và hình thành các cấu trúc khác nhau. Một số loại vật chất có thể tự vướng vào nhau, hoặc cần loại bỏ nhiệt dư thừa trước khi chúng có thể tắc nghẽn, trong khi những loại khác có thể dễ dàng tham gia bữa tiệc gần nhất. Một số loại vật chất di chuyển đủ chậm để trọng lực có thể thực hiện công việc của nó một cách hiệu quả, trong khi các loại vật chất khác rất hạm đội và nhanh nhẹn đến mức trọng lực chỉ có thể có được bàn tay yếu ớt của nó.
Nói tóm lại, nếu bạn thay đổi các thành phần của vũ trụ, bạn sẽ có được các mạng vũ trụ trông khác nhau. Trong một kịch bản, có thể có nhiều cụm phong phú hơn và ít khoảng trống hơn so với kịch bản khác, trong đó các khoảng trống hoàn toàn thống trị sớm trong lịch sử vũ trụ, không có cụm nào hình thành.
Một thành phần đặc biệt hấp dẫn là neutrino, hạt ma quái nói trên. Vì neutrino rất nhẹ, nó di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Điều này có tác dụng "làm mịn" các cấu trúc trong vũ trụ: Gravity đơn giản là không thể thực hiện công việc của nó và kéo neutrino thành những quả bóng nhỏ gọn. Vì vậy, nếu bạn thêm quá nhiều neutrino vào vũ trụ, những thứ như toàn bộ thiên hà cuối cùng sẽ không thể hình thành trong vũ trụ sơ khai.
Vấn đề nhỏ, giải pháp lớn
Điều này có nghĩa là chúng ta có thể sử dụng chính mạng vũ trụ như một phòng thí nghiệm vật lý khổng lồ để nghiên cứu neutrino. Bằng cách kiểm tra cấu trúc của web và chia nó thành nhiều phần khác nhau (cụm, lỗ rỗng, v.v.), chúng ta có thể có được cách xử lý trực tiếp đáng ngạc nhiên đối với neutrino.
Chỉ có một vấn đề rắc rối: Neutrino không phải là thành phần duy nhất trong vũ trụ. Một yếu tố gây nhiễu lớn là sự hiện diện của năng lượng tối, thế lực bí ẩn đang xé toạc vũ trụ của chúng ta. Và như bạn có thể nghi ngờ, điều này ảnh hưởng đến web vũ trụ theo một cách chính yếu. Rốt cuộc, thật khó để xây dựng các cấu trúc lớn trong một vũ trụ đang mở rộng nhanh chóng. Và nếu bạn chỉ nhìn vào một phần của mạng vũ trụ (ví dụ, cụm thiên hà), thì bạn có thể không có đủ thông tin để nói về sự khác biệt giữa hiệu ứng neutrino và hiệu ứng năng lượng tối - cả hai đều cản trở sự đóng cục của " đồ đạc."
Trong một bài báo gần đây được công bố trực tuyến trên tạp chí arXiv, các nhà thiên văn học đã giải thích cách các cuộc khảo sát thiên hà sắp tới, như sứ mệnh Euclid của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, sẽ giúp khám phá cả hai tính chất neutrino và năng lượng tối. Vệ tinh Euclid sẽ lập bản đồ vị trí của hàng triệu thiên hà, vẽ nên một bức chân dung rất rộng của mạng lưới vũ trụ. Và trong cấu trúc đó là những gợi ý cho lịch sử vũ trụ của chúng ta, một quá khứ phụ thuộc vào các thành phần của nó, như neutrino và năng lượng tối.
Bằng cách nhìn vào sự kết hợp của những nơi dày đặc nhất, bận rộn nhất trong vũ trụ (cụm thiên hà) và những nơi cô đơn nhất, trống rỗng nhất trong vũ trụ (các khoảng trống), chúng ta có thể nhận được câu trả lời cho cả bản chất của năng lượng tối (sẽ báo trước một thời đại về kiến thức vật lý hoàn toàn mới) và bản chất của neutrino (sẽ làm điều tương tự chính xác). Chúng ta có thể học, ví dụ, năng lượng tối đang trở nên tồi tệ hơn, hoặc trở nên tốt hơn, hoặc thậm chí có thể giống nhau. Và chúng ta có thể tìm hiểu neutrino khổng lồ như thế nào hoặc có bao nhiêu trong số chúng đang bay xung quanh vũ trụ. Nhưng cho dù thế nào, thật khó để nói những gì chúng ta sẽ nhận được cho đến khi chúng ta thực sự nhìn.
Paul M. Sutter là một nhà vật lý thiên văn tại Đại học bang Ohio, máy chủ của Hỏi một người không gian và Đài phát thanh không gianvà tác giả của Vị trí của bạn trong vũ trụ.
