NASAs WFIRST vil hjælpe med at afdække universets skæbne

Forskere har opdaget, at et mystisk tryk kaldet "mørk energi" udgør omkring 68% af det samlede energiindhold i kosmos, men indtil videre ved vi ikke meget mere om det. At udforske naturen af ​​mørk energi er en af ​​de primære grunde til, at NASA bygger Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), et rumteleskop, hvis mål vil hjælpe med at belyse det mørke energipuslespil. Med en bedre forståelse af mørk energi, vi vil få en bedre fornemmelse af universets fortid og fremtidige udvikling.

Et ekspanderende kosmos

Indtil det 20. århundrede, de fleste mennesker troede, at universet var statisk, forbliver i det væsentlige uændret gennem evigheden. Da Einstein udviklede sin generelle relativitetsteori i 1915, beskriver hvordan tyngdekraften virker på tværs af rum-tidens stof, han undrede sig over, at teorien viste, at kosmos enten måtte udvide sig eller trække sig sammen. Han lavede ændringer for at bevare et statisk univers, tilføjede noget, han kaldte den "kosmologiske konstant, Selvom der ikke var bevis for, at den faktisk eksisterede. Denne mystiske kraft skulle modvirke tyngdekraften for at holde alt på plads.

Imidlertid, da 1920'erne nærmede sig enden, astronom Georges Lemaitre, og så Edwin Hubble, gjorde den overraskende opdagelse, at med meget få undtagelser, galakser ræser væk fra hinanden. Universet var langt fra statisk – det ballonerede udad. Følgelig, hvis vi forestiller os at spole denne udvidelse tilbage, der må have været en tid, hvor alting i universet var næsten umuligt varmt og tæt på hinanden.

Forskere har opdaget, at et mystisk tryk kaldet "mørk energi" udgør omkring 68 procent af det samlede energiindhold i kosmos, men indtil videre ved vi ikke meget mere om det. At udforske naturen af ​​mørk energi er en af ​​de primære grunde til, at NASA bygger Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), et rumteleskop, hvis mål vil hjælpe med at belyse det mørke energipuslespil. Med en bedre forståelse af mørk energi, vi vil få en bedre fornemmelse af universets fortid og fremtidige udvikling.

Universets ende:Ild eller is?

Big Bang-teorien beskriver udvidelsen og udviklingen af ​​universet fra denne første superhot, supertæt tilstand. Forskere teoretiserede, at tyngdekraften i sidste ende ville bremse og muligvis endda helt vende denne udvidelse. Hvis universet havde nok stof i sig, tyngdekraften ville overvinde ekspansionen, og universet ville kollapse i et brændende "Big Crunch".

Hvis ikke, udvidelsen ville aldrig ende - galakser ville vokse længere og længere væk, indtil de passerer kanten af ​​det observerbare univers. Vores fjerne efterkommere har måske ingen viden om eksistensen af ​​andre galakser, da de ville være for langt væk til at være synlige. Meget af moderne astronomi kan en dag blive reduceret til blot en legende, efterhånden som universet gradvist falmer til en iskold sort.

Universet udvider sig ikke bare – det accelererer

Astronomer har målt udvidelseshastigheden ved at bruge jordbaserede teleskoper til at studere relativt nærliggende supernovaeksplosioner. Mysteriet eskalerede i 1998, da Hubble Space Telescope-observationer af fjernere supernovaer hjalp med at vise, at universet faktisk udvidede sig langsommere i fortiden, end det gør i dag. Universets udvidelse bremses ikke på grund af tyngdekraften, som alle troede. Det tager fart.

Spol frem til i dag. Selvom vi stadig ikke ved, hvad der præcist forårsager accelerationen, den har fået et navn - mørk energi. Dette mystiske pres forblev uopdaget så længe, ​​fordi det er så svagt, at tyngdekraften overmander det på menneskelig skala, planeter og endda galaksen. Den er til stede i rummet med dig, mens du læser, i din krop, men tyngdekraften modvirker det, så du ikke flyver ud af dit sæde. Det er kun på en intergalaktisk skala, at mørk energi bliver mærkbar, fungerer som en slags svag opposition til tyngdekraften.

Hvad er mørk energi?

Hvad er mørk energi egentlig? Mere er ukendt end kendt, men teoretikere jagter et par mulige forklaringer. Kosmisk acceleration kan være forårsaget af en ny energikomponent, hvilket ville kræve nogle justeringer af Einsteins teori om tyngdekraften - måske den kosmologiske konstant, som Einstein kaldte sin største bommert, er jo reelt.

Alternativt Einsteins teori om tyngdekraften kan bryde sammen på kosmologiske skalaer. Hvis dette er tilfældet, teorien skal erstattes med en ny, der inkorporerer den kosmiske acceleration, vi har observeret. Teoretikere ved stadig ikke, hvad den rigtige forklaring er, men WFIRST vil hjælpe os med at finde ud af det.

WFIRST vil oplyse mørk energi

Tidligere missioner har samlet nogle spor, men indtil videre har de ikke givet resultater, der i høj grad favoriserer én forklaring frem for en anden. Med samme opløsning som Hubbles kameraer, men et synsfelt, der er 100 gange større, WFIRST vil generere aldrig før sete store billeder af universet. Den nye mission vil fremme udforskningen af ​​mørke energimysteriet på måder, som andre teleskoper ikke kan ved at kortlægge, hvordan stof er struktureret og fordelt i hele kosmos, og også ved at måle et stort antal fjerne supernovaer. Resultaterne vil indikere, hvordan mørk energi virker på tværs af universet, og om og hvordan det har ændret sig gennem den kosmiske historie.

Missionen vil bruge tre undersøgelsesmetoder til at søge efter en forklaring på mørk energi. High Latitude Spectroscopic Survey vil måle nøjagtige afstande og positioner for millioner af galakser ved hjælp af en "standard lineal"-teknik. At måle, hvordan fordelingen af ​​galakser varierer med afstanden, vil give os et vindue til udviklingen af ​​mørk energi over tid. Denne undersøgelse vil forbinde galaksernes afstande med ekkoerne af lydbølger lige efter Big Bang og vil teste Einsteins teori om tyngdekraften over universets alder.

High Latitude Imaging Survey vil måle former og afstande af væld af galakser og galaksehobe. Den enorme tyngdekraft af massive objekter fordrejer rumtiden og får fjernere galakser til at virke forvrænget. At observere graden af ​​forvrængning gør det muligt for videnskabsmænd at udlede fordelingen af ​​masse i hele kosmos. Dette inkluderer alt det, vi kan se direkte, som planeter og stjerner, såvel som mørkt stof - et andet mørkt kosmisk mysterium, som kun er synligt gennem dets gravitationsvirkninger på normalt stof. Denne undersøgelse vil give en uafhængig måling af væksten af ​​storskala struktur i universet, og hvordan mørk energi har påvirket kosmos.

WFIRST vil også foretage en undersøgelse af en type eksploderende stjerne, bygger på de observationer, der førte til opdagelsen af ​​accelereret ekspansion. Type Ia supernovaer opstår, når en hvid dværgstjerne eksploderer. Type Ia supernovaer har generelt den samme absolutte lysstyrke på deres højeste, gør dem såkaldte "standardlys". Det betyder, at astronomer kan bestemme, hvor langt væk de er, ved at se, hvor lyse de ser ud fra Jorden - og jo længere de er, jo svagere de fremstår. Astronomer vil også se på de særlige bølgelængder af lys, der kommer fra supernovaerne for at finde ud af, hvor hurtigt de døende stjerner bevæger sig væk fra os. Ved at kombinere afstande med lysstyrkemålinger, Forskere vil se, hvordan mørk energi har udviklet sig over tid, giver et krydstjek med de to højbreddeundersøgelser.

"WFIRST-missionen er unik ved at kombinere disse tre metoder. Den vil føre til en meget robust og rig fortolkning af virkningerne af mørk energi og vil give os mulighed for at komme med en bestemt erklæring om naturen af ​​mørk energi, " sagde Olivier Doré, en forsker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, og leder af teamet, der planlægger de to første undersøgelsesmetoder med WFIRST.

At opdage, hvordan mørk energi har påvirket universets ekspansion i fortiden, vil kaste lidt lys over, hvordan det vil påvirke ekspansionen i fremtiden. Hvis det fortsætter med at accelerere universets udvidelse, vi kan være bestemt til at opleve en "Big Rip." I dette scenarie, mørk energi ville til sidst blive dominerende over de grundlæggende kræfter, forårsager alt, hvad der i øjeblikket er bundet sammen - galakser, planeter, mennesker - at bryde fra hinanden. At udforske mørk energi vil give os mulighed for at undersøge, og muligvis endda forudse, universets skæbne.