Fem grunde til, at det 21 århundrede vil være storhedstid i astrofysik

I mange århundreder, arrogant vi troede, at han havde fundet næsten alle de svar, til de dybeste spørgsmål. Forskerne mente, at den Newtonske mekanik beskriver alt, indtil han opdagede den bølge karakter af lys. Fysik tænkte, da Maxwell samlet den elektromagnetisme, det var slut, men så kom relativitetsteori og kvantemekanik. Mange mente, at den karakter af sagen er helt klar, når vi har fundet den protoner, neutroner og elektroner, men så snublede på den højenergi-partikler. Kun 25 af de sidste fem år af utrolige opdagelser, der ændrede vores forståelse af Universet, og hver af dem lover en Grand revolution. Vi lever i spændende tider: vi har mulighed for at se ind i dybet af de mysterier af alle ting.

Massen af neutrinoer

Da vi begyndte at beregne på papiret neutrinoer, der kommer fra Solen, vi har fået et nummer, der er baseret på den syntese, der må forekomme indeni. Men da vi begyndte faktisk at tælle neutrinoer, der kommer fra Solen, vi så kun en tredjedel forventet. Hvorfor? Svaret kom først for nylig, da en kombination af målinger af sol og atmosfæriske neutrinoer har vist, at de kan svinge fra den ene type til den anden. Fordi de har masse.

Hvad betyder det for astrofysik. Neutrinoer er de mest almindelige massiv partikel i Universet: de er en milliard gange mere end elektroner. Hvis de har masse, følger det, at:

den

• de udgør en brøkdel af mørkt stof
• komme ind i galaksens struktur
• kan danne en mærkelig astrophysical tilstand kendt som fermionic kondens
• kan være forbundet med mørk energi.

Hvis neutrinoer har masse, de kan også være Majorana partikler (snarere end de mere almindelige partikel Dirac) til at levere en ny type af nukleare forfald. Også de kan være superheavy kolleger venstreorienterede, hvilket kan forklare mørkt stof. Neutrinoer også bære de fleste af energi i en supernova, er ansvarlig for køling af neutronstjerner påvirke eftergløden af Big Bang (CMB), og er en væsentlig del af den moderne kosmologi og astrofysik.

Accelererende univers

Hvis universet begynder med et varmt Big Bang, det har to vigtige egenskaber: den oprindelige udvidelse sats og den oprindelige tæthed af stof/stråling/energi. Hvis tætheden var for stor, universet ville blive genforenet igen; hvis de er for små, universet er evigt ekspanderende ville. Men i vores Univers, tæthed og udvidelsen er ikke kun perfekt afbalanceret, men en lille del af denne energi kommer i form af mørk energi, og det betyder, at vores univers begyndte hurtigt at udvide efter 8 milliarder år, og siden da fortsætter i samme ånd.

Hvad betyder det for astrofysik. For første gang i menneskets historie at vi fik mulighed for at lære lidt om Universets skæbne. Alle genstande, som ikke er knyttet sammen af tyngdekraften, vil i sidste ende til at divergere, så alt ud over vores lokale gruppe, vil en dag flyve væk. Men hvad er naturen af den mørke energi? Er det virkelig en kosmologisk konstant? Uanset om det er i forbindelse med quantum vakuum? Kunne det være et område, hvis styrke er ved at ændre sig med tiden? Fremtidige missioner, som ESA ' s Euclid, WFIRST, NASA og den nye 30-meter teleskoper, der vil tillade mere præcise målinger af mørk energi vil give os mulighed for præcist at beskrive, hvordan universet er accelererende. I den sidste ende, hvis accelerationen er stigende, og universet vil ende i et Kæmpe Hul; hvis det falder, og Store Komprimering. På spil, er skæbnen for hele Universet.

Planeter

En Generation siden, vi troede, vi var i nærheden af andre stjernesystemer har planeter, men vi havde ingen beviser for at bevise denne afhandling. I øjeblikket, hovedsageligt på grund af missionen til NASA "Kepler", vi har fundet og testet tusindvis af dem. En solenergi system, der adskiller sig fra vores egen: nogle indeholder super-jords-planeter eller mini-Neptun; nogle indeholder gas giganter i det indre solsystem, og de fleste indeholder verdener størrelsen af Jorden på den rigtige afstand fra de små, svage, røde dværgstjerner, der på overfladen kunne være vand i flydende tilstand. Stadig, der er stadig meget at blive set.

Hvad betyder det for astrofysik. For første gang i historien, vi har fundet verdener, der kunne være potentielle kandidater til livet. Vi er tættere på end nogensinde før til at opdage tegn på fremmed liv i Universet. Mange af disse verdener, en dag kan være hjemsted for menneskelige kolonier, hvis vi ønsker at gå denne rute. I det 21 århundrede vil vi begynde at udforske disse muligheder: at måle atmosfære af disse verdener og søge efter tegn på liv, sende rumsonder til en betydelig hastighed, til at analysere deres ligheder med Jorden af grunde, som oceaner og kontinenter, skydække, ilt-indholdet i atmosfæren, årstiderne. Aldrig i historien om Universet ikke var mere passende til dette øjeblik.

Higgs-Bosonen

Opdagelsen af Higgs-partiklen i begyndelsen af 2010'erne er afsluttet, endelig, Standard-model for elementarpartikler. Higgs-partiklen har en masse på omkring 126 GeV/C² henfalder i 10^-24 sekunder, og bryder netop med forudsigelser af Standard modellen. Opførslen af denne partikel der er ingen tegn på, at eksistensen af en ny fysik ud over Standard-model, og dette er et stort problem.

Hvad betyder det for astrofysik. Hvorfor massen af Higgs-er meget mindre end Planck massen? Dette spørgsmål kan formuleres på en anden måde: hvorforden gravitationelle kraft, så meget svagere end andre styrker? Der er mange mulige løsninger: supersymmetri, ekstra dimensioner, den grundlæggende excitation (konform-løsning), Higgs som en sammensat partikel (Technicolor), osv. Men indtil disse løsninger ikke bevis, og tilstrækkelig grundig vi søger?

På et niveau, der må være noget fundamentalt nyt: nye partikler, nye områder, ny kraft, osv de vil have astrophysical og kosmologiske konsekvenser, og alle disse virkninger afhænger af den model. Hvis partikel fysik, for eksempel på TANKEN, vil ikke give nogen nye tips, måske astrofysik vil give. Hvad sker der, når de høje energier, og på meget korte afstande? Big Bang og den kosmiske stråler — bringe os den højeste energi, end det kunne vores kraftigste partikel-accelerator. Følgende nøglen til at løse et af de største problemer i fysik kan vises fra rummet, ikke på Jorden.

gravitationsbølger

I de sidste 101 år var det den Hellige Gral i astrofysik: the search for direkte bevis for den største udokumenterede forudsigelser af Einstein. Når Avanceret LIGO nåede ud i 2015, hun formåede at nå den følsomhed, der er nødvendige for at registrere en krusning af rum-tid fra en meget stor kilde af gravitationsbølger i Universet: en drejende spiral, og fusionerende sorte huller. Har to bekræftede registreringer i den zone, (og hvor mange flere vil), bragte den Avancerede LIGO gravitational-wave astronomy fra verden af fantasi i virkeligheden.

Hvad betyder det for astrofysik. Alle astronomi op til vor tid var afhængig af lys, fra gamma stråler til det synlige spektrum, mikrobølgeovn og radio frekvenser. Men opdagelsen af krusninger i rum-tid er en helt ny måde at studere astrofysiske fænomener i Universet. At have den rigtige detektorer med den krævede følsomhed, kan vi se:

den

Sammensmeltning af neutronstjerner (og finde ud af, om de er gamma-ray flash);

Fusionen af hvide dværge (og knytte dem til den supernova type Ia);

• supertungt sort hul fortærer en masse andre;
• gravitationel bølge underskrift af supernovaer;
• signaturer af pulsarer;
• resterende gravitational-wave underskrifter fra fødslen af Universet, måske.

i Øjeblikket gravitationel bølge astronomi er i starten af udvikling, er det svært at blive testet område. De næste skridt vil være at øge udbuddet af følsomhed og frekvenser, samt en sammenligning set i den gravitationelle himlen med optisk himlen. Fremtiden er på vej.

Og så taler vi ikke om andre store puslespil. Der er mørkt stof: mere end 80% af massen i Universet er helt usynlig for lys og almindelige (atomare) spørgsmål. Der er et problem med baryogenesis: hvorfor vores univers er fuld af stof og ikke antistof, selv om enhver reaktion, som vi nogensinde har set, helt symmetrisk i stof og antistof. Der er paradokser i sorte huller, kosmisk inflation, har endnu ikke skabt en succesfuld kvanteteori for gravitation.

Der er Altid en fristelse at tro, at vores bedste dage er bag dig, og de vigtigste og mest revolutionerende opdagelser, der allerede er blevet lavet. Men hvis vi ønsker at forstå det største spørgsmål af alle — hvor kom universet, hvad det egentlig er dukket op, og hvor det vil ende — vi har stadig en masse arbejde. Med hidtil uset størrelse, sortiment og følsomheden af de teleskoper, vil vi være i stand til at lære mere end nogensinde vidste. At vinde er aldrig garanteres, men hvert skridt, vi tager bringer os et skridt tættere på bestemmelsesstedet. Uanset hvor denne rejse tager os, det vigtige er, at det vil være utroligt.