İlginizi Çekebilir
  1. Ana Sayfa
  2. Bilim
  3. Üç Astrofizikçiye, 2019 Nobel Ödülünü Kazandıran Evrenin Yapısı

Üç Astrofizikçiye, 2019 Nobel Ödülünü Kazandıran Evrenin Yapısı

https___blogs-images.forbes.com_startswithabang_files_2016_03_1-n4ZCfLI4OfzvOF28GA7X9g
Abone Ol

Bu yılki fizik ödülü , teorik kozmoloji ve ekzoplanetlerdeki keşifler için üç kişiye ( Jim Peebles, Michel Mayor ve Didier Queloz ) verilir. Sonunda, uzaya bakmak ve orada olanları hayal etmek ve ardından fiziksel / astronomik olarak keşfetmek, kendi Nobel Ödülüne sahiptir.

Evreni resmederken, muhtemelen yıldızlar ve galaksiler gibi bireysel nesneleri, birbirlerine göre uzayda konumlandıklarını ve bu nesnelerin bugün yaptıklarını düşünmeye başlarsınız. Bu düşünce hattının bilimsel değeri büyüktür ve birçok birinci sınıf araştırmacı tam da bu konular üzerinde çalışmaktadır.

Ancak kendimizi bireysel nesnelerle sınırlamak zorunda değiliz ve kendimizi şu anda çeşitli nesnelerin yaptıklarını görmekle sınırlamak zorunda değiliz. Daha büyük ölçeklerde düşünebiliriz. En küçük kozmik ölçeklerden tüm gözlemlenebilir evrenin ölçeğine, hatta spekülatif olarak bile, evrendeki her şeyin kökeni ve evrimi ve büyümesi hakkında düşünebiliriz.

blank
Enflasyon sırasında meydana gelen kuantum dalgalanmaları evrende yayılır ve enflasyon sona erdiğinde yoğunluk dalgalanmaları haline gelir. 
Bu, zaman içinde, bugün evrendeki büyük ölçekli yapıya ve SPK’da gözlemlenen sıcaklık dalgalanmalarına yol açar. 
Bu tohum dalgalanmalarından yapının büyümesi ve Evrenin güç spektrumu ve SPK’nın sıcaklık farklılıkları üzerindeki etkileri, Evrenimizle ilgili çeşitli özellikleri belirlemek için kullanılabilir. 
Tüm bu fiziksel kozmoloji alanı, Jim Peebles tarafından atılan temel üzerine inşa edildi.

20. yüzyıl boyunca evreni anlama anlayışımız muazzam bir dönüşüme uğradı. Bir tür olarak nihayet tüm evreni yönlendiren fiziği ve astrofiziği anlamaya başladık. Binlerce yıldır insanlık, evren hakkındaki en büyük soruları düşündü:

  • Nasıl başladı?
  • Bu kurallar nelerdir?
  • İçinde ne var?
  • Ve içindeki çeşitli nesneler ve yapılar bugün nasıl ortaya çıkıyor, büyüyor, evrimleşiyor ve ortaya çıkıyor?

En önemli bilimsel başarılarımızdan biri, bize muazzam tahminde bulunma gücü veren cevapları (bilimsel olarak geçerli, sağlam, ancak yine de her zaman geçici cevaplar) sunmak olmuştur. Gözlemlerimiz teorik tahminlerimizle eşleşti ve bu geçen yüzyılda sentezlediğimiz en iyi tabloyu doğruladı.

Logaritmik ölçekte, yakındaki evren güneş sistemine ve Samanyolu galaksisine sahip. Fakat çok daha ötesinde, Evrendeki tüm diğer galaksiler, büyük ölçekli kozmik ağlar ve sonunda Büyük Patlamanın kendisini izleyen anlar. Şu anda 46.1 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bu kozmik ufuktan daha uzakta gözlemleyemesek de, gelecekte bize açıklayacak daha fazla Evren olacak. Gözlenebilir evren bugün 2 trilyon galaksi içeriyor, ancak zaman geçtikçe, günümüzde belirsiz olan bazı kozmik gerçekleri açığa vuran daha fazla Evren bizim için gözlemlenebilir hale gelecektir.
Logaritmik ölçekte, yakındaki evren güneş sistemine ve Samanyolu galaksisine sahip. Fakat çok daha ötesinde, Evrendeki tüm diğer galaksiler, büyük ölçekli kozmik ağlar ve sonunda Büyük Patlamanın kendisini izleyen anlar. Şu anda 46.1 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bu kozmik ufuktan daha uzakta gözlemleyemesek de, gelecekte bize açıklayacak daha fazla Evren olacak. Gözlenebilir evren bugün 2 trilyon galaksi içeriyor, ancak zaman geçtikçe, günümüzde belirsiz olan bazı kozmik gerçekleri açığa vuran daha fazla Evren bizim için gözlemlenebilir hale gelecektir.

Yaklaşık 13.8 milyar yıl önce, uzay-zaman dokusu boştu ama uzaya özgü doğal enerjiyle doluydu: kozmik bir enflasyon dönemi. Sonra belirli bir anda, enflasyon sona erdi, bu enerjiyi maddeye, karşıt maddeye ve radyasyona dönüştürdü ve hepsini başlatan sıcak Büyük Patlamaya yol açtı. Bildiğimiz gibi, Evrenimiz bu durumdan doğdu ve aynı zamanda karanlık bir madde, karanlık enerji ve yaklaşık 30.000’de bir kısmıyla mükemmel bir üniform evrenden çıkan küçük yoğunluk ve sıcaklık kusurlarıyla dolu olarak doğdu.

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR  Bilim adamları, iklim değişikliği nedeniyle Antarktika'nın 'geri dönüşü olmayan bir şekilde' eriyebileceği konusunda uyarıyor

Maddeyi yöneten kuantum fiziği ve uzay-zamanın eğriliğini ve evrimini düzenleyen çekim kuvveti yöneten evren – evren, artık radyasyon banyosuna, hafif ve ağır dolu bir evren ortaya çıkmasına neden olacak şekilde genişledi ve soğudu. elementler, yıldızlar, galaksiler, kümeler, kozmik ağ ve daha fazlası.

Bütün kozmik tarihimiz, onu yöneten çerçeveler ve kurallar açısından teorik olarak iyi anlaşılmıştır. Sadece evrenimizin geçmişinde gerçekleşen çeşitli aşamaları gözlemsel olarak onaylayarak ve açığa vurarak, ilk elementlerin oluştuğu, atomların nötr hale geldiği, ilk yıldızlar ve galaksilerin oluştuğu ve Evrenin zaman içinde nasıl genişlediğini, gerçekten gelebileceğimizi Evreni neyin oluşturduğunu ve niceliksel bir biçimde nasıl genişlediğini ve büyüdüğünü anlamak. Sıcak Büyük Patlama'dan önce evrenimizde enflasyonist bir durumdan damgalanan kalıntı imzalar, tüm çerçevelerin sahip olduğu aynı temel sınırlamalara tabi, kozmik tarihimizi test etmek için bize benzersiz bir yol sunar.
Bütün kozmik tarihimiz, onu yöneten çerçeveler ve kurallar açısından teorik olarak iyi anlaşılmıştır. Sadece evrenimizin geçmişinde gerçekleşen çeşitli aşamaları gözlemsel olarak onaylayarak ve açığa vurarak, ilk elementlerin oluştuğu, atomların nötr hale geldiği, ilk yıldızlar ve galaksilerin oluştuğu ve Evrenin zaman içinde nasıl genişlediğini, gerçekten gelebileceğimizi Evreni neyin oluşturduğunu ve niceliksel bir biçimde nasıl genişlediğini ve büyüdüğünü anlamak. Sıcak Büyük Patlama’dan önce evrenimizde enflasyonist bir durumdan damgalanan kalıntı imzalar, tüm çerçevelerin sahip olduğu aynı temel sınırlamalara tabi, kozmik tarihimizi test etmek için bize benzersiz bir yol sunar.

Bugün doğru olduğunu bildiğimiz hikaye bu, ancak bu çerçevenin en bariz kemikleri 1960’ların başlarında ortaya çıktı. Hikayenin henüz enflasyon, karanlık madde veya karanlık enerji kısmı değil, aynı zamanda Büyük Patlama da evrenin kökeni hakkında rekabet eden birkaç fikirden yalnızca biriydi. General Relativitenin ne kadar başarılı olduğunu biliyorduk, ama hala nükleer güçlerin detaylarını araştırıyorduk. Evrenimizin parçacık içeriğini bile bilmiyorduk.

İşte Jim Peebles’in kariyerine başladığı yer: evrenin bu resmi. Peebles, fizik yasalarını tüm evrenin sistemine uygulayarak, evrenin ilk evrelerinde nasıl olacağını ve bu ayrıntıların zaman içinde, nasıl bakabileceğimizi görebildiğimiz imzalar oluşturmak için nasıl geliştiğini ayrıntılarıyla çözmeye başladı. Tarihin kritik bir anında, gözlemsel sınava girecek teorik ayrıntıları çalışmaya başladı.

Hem simülasyonlar (kırmızı) hem de galaksi anketleri (mavi / mor), matematiksel ayrıntılara baksanız bile, birbirleriyle aynı büyük ölçekli kümeleme modellerini gösterir. Evren, özellikle daha küçük ölçeklerde, mükemmel homojen değildir, ancak büyük ölçeklerde homojenlik ve izotropi% 99,99 doğruluktan daha iyi bir varsayımdır.
Hem simülasyonlar (kırmızı) hem de galaksi anketleri (mavi / mor), matematiksel ayrıntılara baksanız bile, birbirleriyle aynı büyük ölçekli kümeleme modellerini gösterir. Evren, özellikle daha küçük ölçeklerde, mükemmel homojen değildir, ancak büyük ölçeklerde homojenlik ve izotropi% 99,99 doğruluktan daha iyi bir varsayımdır.

Evrenin doğduğu minik, ilk kusurlar, yaratıldıkları andan itibaren yerçekimsel olarak büyümeye çalışacaktı, ancak erken, sıcak, yoğun evrendeki yoğun radyasyon basıncı, çok küçük olan ölçeklerdeki yapıyı yumuşatıyor. Bunun yerine, parçacıklar ve antipartiküller çarpışır, herhangi bir karmaşık yapıyı patlatır ve evren genişledikçe ve soğurken sonunda yok olur.

Ancak genişledikçe ve soğudukça, daha fazla şey mümkün hale gelir. Protonlar ve nötronlar atom çekirdeği ile kaynaşabilirler ve üretilen farklı elementlerin ve izotopların oranlarının ne olacağını hesaplamak için fizik yasalarını kullanabiliriz ve sonra test etmek için evreni gözlemleyebiliriz. Evren daha fazla soğudukça, nötr atomlar kararlı bir şekilde oluşabilir ve artık radyasyonun (yok etme ile üretilen) radyasyonun nötr evrende serbestçe akması gerekir; bu, artık bir kara cismin gözlemlenebilir bir imzasını mutlak sıfıra sadece birkaç derece yukarıda gösterir: Kozmik Mikrodalga Fonu .

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR  İklim değişikliği, 50 yıl içinde canlı türlerinin üçte birini yok edebilir
Kozmik Mikrodalga Fonunda yer alan verilerden elde edilen bu akustik tepe noktalarının göreceli yükseklikleri ve konumları kesinlikle% 68 karanlık enerji,% 27 karanlık madde ve% 5 normal maddeden oluşan bir evren ile tutarlı. Sapmalar sıkıca sınırlandırılmıştır ve bunun (ve diğer ayrıntılı tahminlerin) çerçevesi, Jim Peebles tarafından yıllar veya hatta onlarca yıl, hatta veri ya da ekipman evrenin içeriğini kesin olarak belirlemeye yetecek kadar iyiydi.
Kozmik Mikrodalga Fonunda yer alan verilerden elde edilen bu akustik tepe noktalarının göreceli yükseklikleri ve konumları kesinlikle% 68 karanlık enerji,% 27 karanlık madde ve% 5 normal maddeden oluşan bir evren ile tutarlı. Sapmalar sıkıca sınırlandırılmıştır ve bunun (ve diğer ayrıntılı tahminlerin) çerçevesi, Jim Peebles tarafından yıllar veya hatta onlarca yıl, hatta veri ya da ekipman evrenin içeriğini kesin olarak belirlemeye yetecek kadar iyiydi.

Ve son olarak, madde diğer maddeyi çekip tüm ölçeklerde çökmeye başladığından, yerçekimsel büyüme en sonunda gerçekleşmelidir. Kozmik ağ büyüdükçe, genişlemenin fiziksel etkisi ile mücadele eder ve en kısa sürede yeterince yoğunlaşan bölgeler sonunda yapıya dönüşür. Oluşturduğunuz yapılar, evrenin içeriğine karşı çok hassas olacak ve bu yapının büyük ölçeklerde nasıl bir araya getirileceği, kozmosun neyden yapıldığını öğrenmenize izin verebilir. Bu sinyaller daha sonra Kozmik Mikrodalga Fonunda ayrıntılı dalgalanmalarda da mevcut olmalıdır ; en sonunda COBE, WMAP ve Planck gibi uydularla doğrulanmış sinyaller.

Bu alana birçok önemli katkıda bulunmasına rağmen, tarihsel olarak, kozmolojinin kesin verilerle zorlu bir bilime dönüştürülmesinde öncü olarak öne çıkan iki kişi var: Jim Peebles ve geç Sovyet fizikçisi Yakov Zeldovich . Teorik çerçeveler, bu iki birey (bağımsız olarak) gerçekçi evrenimize türetilmiş ve uygulanmış teorik çerçeveler, pratik olarak tüm modern kozmolojinin temelleridir.

Zeldovich 1987’de öldü (ölümcül Nobels yok), bu yüzden Peebles *, Nobel Ödülü’nün yeni kazandığı yarısını zengin bir şekilde hak ediyor.

Evrenimizin tarihinin standart bir kozmik zaman çizelgesi. Dünyamız, Büyük Patlama'dan 9,2 milyar yıl öncesine kadar gelmedi, kayalık ve metalik çekirdekli gezegenlerin varlığını sürdürmeden önce birçok yıldız neslinin yaşamasını ve ölmesini gerektirdi. Bununla birlikte, bugün evren, dış gezegenlere sahip yıldızlar açısından zengin olmalı ve gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğunu ve evrim geçirdiğini yeniden değerlendirmeye zorlayan biçimlerde ve dağılımlarda bulunmuşlardır.
Evrenimizin tarihinin standart bir kozmik zaman çizelgesi. Dünyamız, Büyük Patlama’dan 9,2 milyar yıl öncesine kadar gelmedi, kayalık ve metalik çekirdekli gezegenlerin varlığını sürdürmeden önce birçok yıldız neslinin yaşamasını ve ölmesini gerektirdi. Bununla birlikte, bugün evren, dış gezegenlere sahip yıldızlar açısından zengin olmalı ve gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğunu ve evrim geçirdiğini yeniden değerlendirmeye zorlayan biçimlerde ve dağılımlarda bulunmuşlardır.

Kozmik ölçeklerden Güneş Sistemi ölçeklerine inerken, milyarlarca yıllık kozmik evrimi geçmemiz gerekir. Yıldızlar yaşar, ölür ve patlar, kaynaşık elementlerini gelecek nesillere geri dönüştürürler. Yeterince nesiller geçtiğinde ve yıldız oluşturan bölgelerde bulunan malzeme ağır elementler açısından yeterince zengin olduğunda, yıldızlar etraflarında büyük gezegenlerle oluşabilir.

Bu gezegenler, Güneş Sistemimizdeki tüm gezegenler gibi, metalik ve / veya kayalık çekirdeklerle birlikte gelmelidir. Ana yıldızlarını bir elips içinde yörüngede tutmalılar, yerçekimi yasalarına tabi olmalılar ve yörüngeye döndükleri yıldızın spektrumu üzerinde gözlemlenebilir etkileri olmalıdır. Yerçekimi gezegeninin çekicisi, yıldızı periyodik olarak kırmızıya kaydırmalı ve maviya kaydırmalıdır; yıldızın Dünya’ya bakış açısı ile hizalanmış olan gezegenler, onun önüne geçecek ve ışığının bir kısmını engelleyecektir.

Bir gezegen ana yıldızını yuvarladığında, hem yıldız hem de gezegen ortak kütle merkezlerinin etrafındaki elipslerle yörüngeye dönecektir. Görüş çizgimiz boyunca, yıldız osilatör bir şekilde hareket eder: bize doğru hareket eder (ve ışık mavisine sahip) ve ardından bizden uzağa hareket eder (ve karşılık gelen bir kırmızıya kayma görür). Bu yöntem, 1995 yılında bize Sun benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk ekzoplaneti verdi.
Bir gezegen ana yıldızını yuvarladığında, hem yıldız hem de gezegen ortak kütle merkezlerinin etrafındaki elipslerle yörüngeye dönecektir. Görüş çizgimiz boyunca, yıldız osilatör bir şekilde hareket eder: bize doğru hareket eder (ve ışık mavisine sahip) ve ardından bizden uzağa hareket eder (ve karşılık gelen bir kırmızıya kayma görür). Bu yöntem, 1995 yılında bize Sun benzeri bir yıldızın yörüngesinde dönen ilk ekzoplaneti verdi.

Otuz yıl önce, yalnızca Güneş’in etrafında gezegenlerin olduğu biliniyordu. Ancak kısa bir süre sonra teknoloji, bir yıldızın spektral çizgilerinde ileri geri “sallamadan” kaymanın söz konusu yıldızın uzun süreli gözlemlerinde ortaya çıkacağı noktaya gelişti. Tartışmalı bir tespit ilk kez 1988’de yapılmış ve ilk tartışmasız tespit , 1992’de pulsarların etrafındaki gezegenler için (bir tür ölü yıldız) ortaya çıkarken, ikisi de bir sonraki dev sıçramaya benzeyen exoplanet devrimini haber vermedi.

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR  Astronomlar hiç varolmayan bir gezegen "keşfetmiş"

“Normal” (Güneşe benzeyen) bir yıldız etrafında ilk “normal” gezegen, 1995 yılında Michel Mayor ve bu yılki Nobel Ödülünün diğer yarısını paylaşan bir danışman / öğrenci çifti olan Didier Queloz’un izniyle geldi.  Bu yıldız yalpalama yöntemi, bugüne kadar toplam 4.000’den fazla onaylanmış ekzoplaneti ortaya çıkaran, doğrudan görüntüleme, mikro-tarama ve planet geçişleri gibi diğer tekniklerle arttırılmıştır. Ufukta şu anda uçan TESS ve ek uzay teleskopları ile alan her zamankinden daha zengin.

Bugün, 4.000'den fazla onaylı ekoplaneteyi biliyoruz, bunlardan 2.500'ü Kepler verilerinde bulundu. Bu gezegenlerin büyüklüğü Jüpiter'den daha büyük ve Dünya'dan daha küçük arasında değişmektedir. Ancak Kepler'in büyüklüğü ve görev süresi üzerindeki sınırlamalar nedeniyle, gezegenlerin çoğu küçük açısal ayrımlarda, çok sıcak ve yıldızlarına yakındır. TESS keşfettiği ilk gezegenle aynı sorunu yaşıyor: Tercihen sıcak ve yakın yörüngede. Sadece özel, uzun süreli gözlemlerle (veya doğrudan görüntüleme yoluyla), daha uzun süreli (yani, çok yıllı) yörüngeleri olan gezegenleri tespit edebiliriz. Yeni ve yakın gelecekte gözlemciler ufukta ve şu anda sadece boşlukların olduğu yeni dünyaları ortaya çıkarmalılar.
Bugün, 4.000’den fazla onaylı ekoplaneteyi biliyoruz, bunlardan 2.500’ü Kepler verilerinde bulundu. Bu gezegenlerin büyüklüğü Jüpiter’den daha büyük ve Dünya’dan daha küçük arasında değişmektedir. Ancak Kepler’in büyüklüğü ve görev süresi üzerindeki sınırlamalar nedeniyle, gezegenlerin çoğu küçük açısal ayrımlarda, çok sıcak ve yıldızlarına yakındır. TESS keşfettiği ilk gezegenle aynı sorunu yaşıyor: Tercihen sıcak ve yakın yörüngede. Sadece özel, uzun süreli gözlemlerle (veya doğrudan görüntüleme yoluyla), daha uzun süreli (yani, çok yıllı) yörüngeleri olan gezegenleri tespit edebiliriz. Yeni ve yakın gelecekte gözlemciler ufukta ve şu anda sadece boşlukların olduğu yeni dünyaları ortaya çıkarmalılar.

Bu Nobel aynı zamanda bir takım tartışmalara katıldığı zarif yol için de dikkat çekicidir. Gezegenler ve büyük ölçekli kozmoloji üzerine çalışan bilim insanları genellikle fon ve kaynaklar için birbirleriyle rekabet eder, ancak WFIRST ve James Webb Uzay Teleskopu ile yapacakları gibi benzer teknolojilere ve çoğunlukla görev paylarına sahip olan teleskoplara güvenirler. Hem kozmolojiye hem de dış gezegenlere bir Nobel vermek, bu iki alt alan arasında bir köprüdür ve gelecekte daha fazla ortak görev yürütmeye teşvik edebilir.

Güneş benzeri bir yıldızın etrafındaki ilk Dünya benzeri dünyayı ortaya çıkarmak için mükemmel ışık toplama gücü ve hassasiyetle daha uzun süreli görevler alacak. NASA'nın ve ESA'nın zaman çizelgelerinde bu tür görevler için planlar var. James Webb ve WFIRST gibi bu misyonlardan bazıları kozmolojik yetenekleri için de olağanüstü olacak.
Güneş benzeri bir yıldızın etrafındaki ilk Dünya benzeri dünyayı ortaya çıkarmak için mükemmel ışık toplama gücü ve hassasiyetle daha uzun süreli görevler alacak. NASA’nın ve ESA’nın zaman çizelgelerinde bu tür görevler için planlar var. James Webb ve WFIRST gibi bu misyonlardan bazıları kozmolojik yetenekleri için de olağanüstü olacak.

Evrenin yalnızca küçük bir yüzdesi ve şu anda bize bildirilen en yakın ekzoplanetler ile, önümüzdeki onyıllar bu alanlardaki bilim insanlarının sınırları bilinmeyen bölgeye ittiğini görmelidir. Gözlenebilir Evrenimizde bulunan 2 trilyon galaksinin% 90’ından fazlası keşfedilmemiş durumda; Dünya benzeri milyarlarca dahil olmak üzere trilyonlarca içermesi gereken bir galakside yalnızca 4.000 ekzoplanet bilinmektedir.

Bu yıl seçim komitesi hem bilim hem de toplum için mükemmel bir seçim yaptı. Geleceğimize bakarken, ortaya koyabileceğimiz en büyük varoluşsal soruların cevaplarının evrenin yüzüne yazıldığını unutmayın. Teorik tahminleri gözlemsel veri paketi ile birleştirmek, bize evreni başkasının yapamayacağı bir şekilde gösteriyor. 

Yorum Yap