Tuigtear go teoiriciúil go maith ár stair chosmaí iomlán, ach go cáilíochtúil amháin. Is trí dhearbhú agus nochtadh breathnóireachta céimeanna éagsúla in am atá thart ár Cruinne a chaithfeadh a bheith tarlaithe, cosúil le nuair a foirmíodh na chéad réaltaí agus réaltraí, gur féidir linn teacht i ndáiríre chun ár gcosmas a thuiscint. Tá srianta ag bunús ama an ábhair dhorcha agus an fhuinnimh dhorcha, ach ní fios cén t-am tionscnaimh beacht. (FONDÚIREACHT EOLAÍOCHTA NÁISIÚNTA / EOLAÍOCHTA NÁISIÚNTA RAGER)

Fiafraigh de Ethan: Cathain a Cruthaíodh Ábhar Dorcha agus Fuinneamh Dorcha?

Is ionann iad agus 95% dár Cruinne inniu, ach ní raibh siad chomh tábhachtach i gcónaí.

Ceann de na rúndiamhra is géire faoin Cruinne is ea go simplí, "cá bhfuil gach rud?" Tá gach ar féidir linn a fheiceáil, a fháil, nó idirghníomhú leis comhdhéanta de cháithníní ón tSamhail Chaighdeánach, lena n-áirítear fótóin, neodrónna, leictreoin, agus na cairéil agus na gliúnna a chuimsíonn bloic thógála ár n-adamh. Ach nuair a fhéachaimid ar an aigéan cosmaí, feicimid go bhfuil sé seo ar fad díreach faoi bhun 5% den fhuinneamh iomlán sa Cruinne; níl an chuid eile le feiceáil. Glaoimid fuinneamh dorcha (68%) agus ábhar dorcha (27%) ar na comhpháirteanna atá in easnamh, ach níl a fhios againn cad iad. An bhfuil a fhios againn fiú cathain a tháinig siad ann? Sin an rud ba mhaith le Alon David a fháil amach, ag fiafraí:

Níl sa lá atá inniu ann [gnáthábhar] ach 4.9% agus glacann Dark Matter agus Dark Energy an chuid eile. Cad as ar tháinig siad?

Faighimis amach.

Ó dheireadh an bhoilscithe agus ó thús an Big Bang te, is féidir linn ár stair chosmaí a rianú. Tá comhábhair ag teastáil ó ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha inniu, ach níl cinneadh déanta fós cathain a tháinig siad. (E. SIEGEL, LE hÍOMHANNA A BHAINEANN LE ESA / PLANCK AGUS DÉANAMH TASC IDIRNÁISIÚNTA DOE / NASA / NSF MAIDIR LE TAIGHDE CMB)

Tá an oiread sin ann nach bhfuil ar eolas againn faoi ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha, ach tá go leor rudaí gur féidir linn a rá go cinntitheach fúthu. Thugamar faoi deara go mbíonn tionchar ag fuinneamh dorcha ar leathnú na Cruinne, gan a bheith feiceálach agus so-aimsithe ach timpeall 6-go-9 mbilliún bliain ó shin. Dealraíonn sé go bhfuil sé mar an gcéanna i ngach treo; is cosúil go bhfuil dlús fuinnimh seasmhach aige i rith an ama; dealraíonn sé nach ndéanann sé bearradh nó braisle nó frith-bhraisle le hábhar, rud a léiríonn go bhfuil sé aonfhoirmeach ar fud an spáis. Nuair a fhéachaimid ar an gcaoi a leathnaíonn an Cruinne, teastaíonn fuinneamh dorcha go hiomlán, agus tá thart ar 68% d’fhuinneamh iomlán na Cruinne i láthair na huaire i bhfoirm fuinnimh dhorcha.

Fates éagsúla féideartha na Cruinne, lenár gcinniúint iarbhír, luathaithe le feiceáil ar dheis. Tar éis dóthain ama a bheith caite, fágfaidh an luasghéarú go mbeidh gach struchtúr réaltrach nó supergalactic faoi cheangal scoite amach go hiomlán sa Cruinne, de réir mar a luasghéaróidh na struchtúir eile go neamh-inchúlghairthe. Ní féidir linn ach féachaint ar an am atá thart chun láithreacht fuinneamh dorcha a fháil. (NASA & ESA)

Ar an láimh eile, léirigh ábhar dorcha a éifeachtaí ar stair iomlán na Cruinne 13.8 billiún bliain. Éilíonn an gréasán mór cosmaí struchtúir, ó na hamanna is luaithe go dtí an lá atá inniu ann, go bhfuil ábhar dorcha ann thart ar chúig oiread raidhse an ghnáthábhair. Bíonn ábhar dorcha ag bearradh agus ag braisle, agus is féidir a éifeachtaí a fheiceáil i bhfoirmiú na quasars, na réaltraí agus na scamaill gháis is luaithe. Fiú amháin roimhe sin, taispeántar éifeachtaí imtharraingthe an ábhair dhorcha sa solas is luaithe ón Cruinne: cúlra na micreathonn cosmaí, nó an glow fágtha ón mBang Mór. Éilíonn patrún na neamhfhoirfeachtaí go ndéanfar an Cruinne de thart ar 27% d’ábhar dorcha, i gcomparáid le gnáthábhar 5% amháin. Gan é, bheadh ​​sé dodhéanta gach a mbímid ag breathnú air a mhíniú.

An léarscáil is fearr den CMB agus na srianta is fearr ar fhuinneamh dorcha agus paraiméadar Hubble uaidh. Sroicheann muid Cruinne atá 68% fuinneamh dorcha, 27% ábhar dorcha, agus díreach 5% gnáthábhar as seo agus línte fianaise eile. (ESA & AN COMHLÍONADH PLANCK (BARR); PAR ADE ET AL., 2014, A&A (BOTTOM).)

Ach an gá go gciallódh sé seo gur cruthaíodh ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha ar ais tráth an Big Bang? Nó an bhfuil féidearthachtaí eile ann? Is é an rud deacair faoin Cruinne ná nach féidir linn ach na codanna di atá inrochtana dúinn inniu a fheiceáil. Nuair a bhíonn éifeacht ró-bheag le feiceáil - amhail nuair a bhíonn éifeachtaí eile níos tábhachtaí - ní féidir linn ach tátail a bhaint as, ní conclúidí daingne.

Tá fadhbanna ar leith ag baint leis seo maidir le fuinneamh dorcha. De réir mar a leathnaíonn an Cruinne, caolaíonn sí; méadaíonn an toirt agus fanann líon iomlán na gcáithníní inti mar an gcéanna. Téann dlús an ábhair (gnáth agus dorcha) síos; téann dlús na radaíochta síos níos gasta fós (ós rud é go dtiteann líon na gcáithníní ní amháin ach go dtiteann an fuinneamh in aghaidh an fhótóin mar gheall ar athdhíriú); ach fanann an dlús fuinnimh dorcha seasmhach.

Cé go n-éiríonn ábhar agus radaíocht chomh dlúth de réir mar a leathnaíonn na Cruinne mar gheall ar a méid méadaitheach, is cineál fuinnimh é fuinneamh dorcha is gné dhílis den spás féin. De réir mar a chruthaítear spás nua sa Cruinne atá ag leathnú, fanann an dlús fuinnimh dorcha seasmhach. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

B’fhéidir go bhfuil fuinneamh dorcha faoi smacht ag ár Cruinne inniu, ach is tarlú réasúnta gairid é seo. San am atá caite, bhí an Cruinne níos lú agus níos dlúithe, rud a chiallaíonn go raibh dlúis an ábhair (agus na radaíochta) i bhfad níos airde. Thart ar 6 billiún bliain ó shin, bhí an t-ábhar agus na dlúis fuinnimh dorcha comhionann; thart ar 9 mbilliún bliain ó shin, tá an dlús fuinnimh dorcha íseal go leor nach raibh a éifeachtaí ar ráta leathnaithe na Cruinne faoi deara. An níos faide a eachtarshuímid siar in am (nó méid / scála na Cruinne), is deacra a bheidh sé éifeachtaí fuinnimh dorcha a fheiceáil agus a thomhas.

Léiríonn an “scáthú” gorm na neamhchinnteachtaí a d’fhéadfadh a bheith ann maidir leis an gcaoi a raibh / a mbeidh an dlús fuinnimh dorcha difriúil san am atá thart agus sa todhchaí. Léiríonn na sonraí go bhfuil “seasmhach” cosmeolaíoch fíor ach ceadaítear féidearthachtaí eile fós. De réir mar a éiríonn ábhar níos lú agus níos lú tábhacht, is é fuinneamh dorcha an t-aon téarma atá tábhachtach. De bharr na gcéimeanna níos luaithe, áfach, bíonn sé i bhfad níos deacra an fuinneamh dorcha nach bhfuil chomh tábhachtach a bhrath. (SCÉALTAÍ QUANTUM)

Chomh fada agus is féidir linn, is cosúil go bhfuil dlús fuinnimh fíor-seasmhach ag fuinneamh dorcha. Is féidir linn na sonraí atá againn a úsáid chun cothromóid fhuinnimh dhorcha an stáit a shrianadh, a dhéanaimid a pharaiméadarú de réir cainníochta ar a dtugtar w. Más tairiseach cosmeolaíoch é fuinneamh dorcha, ansin w = -1, go díreach, agus ní athraíonn sé le himeacht ama. Bhaineamar úsáid as an tsraith iomlán sonraí cosmeolaíochta atá againn - ó struchtúr mórscála, ó chúlra na micreathonn cosmaí, ó rudaí ag achair chosmaí mhóra - chun srian a chur ar an mbealach is fearr is féidir. Tagann na srianta is déine ó ascalaithe fuaimiúla baryon, agus insíonn siad dúinn go bhfuil w = -1.00 ± 0.08, le réadlanna amach anseo mar LSST agus WFIRST ar tí na neamhchinnteachtaí sin a laghdú go dtí thart ar 1%.

Léaráid ar an gcaoi a n-athraíonn na dlúis radaíochta (dearg), neodrón (briste), ábhar (gorm), agus fuinneamh dorcha (ponc) le himeacht ama. Sa tsamhail nua seo, chuirfí an cuar soladach dubh in ionad fuinneamh dorcha, rud nach féidir a aithint roimhe seo, go breathnúil, ón bhfuinneamh dorcha a cheapaimid. (FIGIÚR 1 Ó F. SIMPSON ET AL. (2016), VIA ARXIV.ORG/ABS/1607.02515)

Ní gá go gciallódh sé seo go raibh fuinneamh dorcha ann i gcónaí le dlús fuinnimh seasmhach, áfach. D’fhéadfadh sé athrú le himeacht ama, fad a athraíonn sé laistigh de na srianta breathnóireachta. D’fhéadfadh go mbeadh nasc idir fuinneamh dorcha agus leathnú tosaigh, réamh-Big Bang na Cruinne ar a dtugtar boilsciú cosmaí, agus sin an smaoineamh atá taobh thiar de réimsí quintessence. Nó d’fhéadfadh fuinneamh dorcha a bheith ina éifeacht nach raibh ann sna céimeanna is luaithe den Cruinne, agus nár léirigh sé ach ag amanna déanacha.

Níl aon fhianaise againn a labhraíonn bealach amháin nó an bealach eile maidir le láithreacht nó neamhláithreacht fuinnimh dorcha don chéad 4 billiún bliain nó mar sin de stair na Cruinne. Tá cúiseanna maithe againn le glacadh leis nár athraigh sé, ach ní cinnteacht breathnóireachta é chun tacú leis.

Teastaíonn ábhar dorcha ó na breathnuithe ar scála is mó sa Cruinne, ó chúlra na micreathonn cosmaí go dtí an gréasán cosmaí go braislí réaltraí go réaltraí aonair, chun na rudaí a bhreathnaímid a mhíniú. Éilíonn an struchtúr mórscála é, ach teastaíonn síolta an struchtúir sin, ón gCúlra MICREATHONNACH Cosmaí, freisin. (CHRIS BLAKE AND SAM MOORFIELD)

Ar an láimh eile, ní foláir go raibh ábhar dorcha ann ó am an-luath. Is é patrún na luaineachtaí a fheicimid sa CMB an fhianaise is luaithe atá againn maidir le hábhar dorcha inár Cruinne, ag dul ó thart ar 380,000 bliain tar éis an Big Bang. Fianaise mhór ar ábhar dorcha is ea an cóimheas criticiúil 5-go-1 leis an ngnáthábhar, áfach, atá priontáilte cheana féin i bpatrún na mbuaic agus na ngleannta sna luaineachtaí ar scála uilleach. Ní amháin go bhfuil síolta an struchtúir á gcur ar fáil ag ábhar dorcha, rud a fhágann go dtiteann níos mó agus níos mó ábhar dorcha isteach sna réigiúin ródhona (agus a chailltear ó na réigiúin tearc-chosúla), ach tá sé á dhéanamh sin ó na céimeanna is luaithe sa Cruinne.

Tá airde agus suíomhanna coibhneasta na beanna fuaimiúla seo, a dhíorthaítear ó na sonraí sa Chúlra MICREATHONNACH Cosmaí, comhsheasmhach go cinntitheach le Cruinne atá déanta as fuinneamh dorcha 68%, 27% ábhar dorcha, agus 5% gnáthábhar. Tá diall srianta go docht. (TORTHAÍ PLANCK 2015. XX. CONSTRAINTS ON INFLATION - PLANCK COLLABORATION (ADE, PAR ET AL.) ARXIV: 1502.02114)

Ní gá go gciallódh sé seo, áfach, go raibh ábhar dorcha i láthair ag an Bang Mór te, áfach. D’fhéadfaí ábhar dorcha a chruthú ón nóiméad a chríochnaigh boilsciú; d’fhéadfaí é a chruthú as idirghníomhaíochtaí ardfhuinnimh a tharla díreach ina dhiaidh sin; d’fhéadfadh sé eascairt as cáithníní ardfhuinnimh suas ar scála GUT; d’fhéadfadh sé eascairt as siméadracht briste (cosúil le siméadracht cosúil le Peccei-Quinn) beagán níos déanaí; d’fhéadfadh sé teacht as Dirac neutrinos ar thaobh na láimhe deise nuair a ghnóthaigh siad maiseanna ultra-throm ó mheicníocht sáibh chosmaí; d’fhéadfaidís fanacht gan mhais go dtí gur bhris siméadracht an leictreoin, a d’fhéadfadh a bheith ceangailte le hábhar dorcha.

Léaráid de phatrúin braislithe mar gheall ar Ascalaithe Fuaimiúla Baryon, áit a bhfuil an dóchúlacht go bhfaighidh tú réaltra ag achar áirithe ó aon réaltra eile faoi rialú an chaidrimh idir ábhar dorcha agus gnáthábhar. De réir mar a leathnaíonn an Cruinne, leathnaíonn an fad tréith seo freisin, rud a ligeann dúinn tairiseach Hubble, dlús an ábhair dhorcha, agus fiú an t-innéacs speictrim scálaithe a thomhas. Aontaíonn na torthaí le sonraí an CMB, agus Cruinne atá comhdhéanta d’ábhar dorcha 27%, seachas gnáthábhar 5%. (ZOSIA ROSTOMIAN)

Gan a fhios againn go díreach cad is ábhar dorcha ann - lena n-áirítear an cáithnín é ar chor ar bith nó nach ea - ní féidir linn a rá le cinnteacht go díreach cathain a d’fhéadfadh sé teacht chun cinn. Ach ó thomhais struchtúr mórscála na Cruinne, lena n-áirítear na sínithe atá imprinted sa phictiúr is luaithe ar fad, is féidir linn a bheith cinnte go hiomlán gur eascair ábhar dorcha i gcéimeanna an-luath an Big Bang, agus b’fhéidir ag an tús ar fad. B’fhéidir go raibh fuinneamh dorcha thart ar an am ar fad, nó b’fhéidir nár tháinig sé chun cinn ach i bhfad níos déanaí; déantar iniúchadh substaintiúil ar an smaoineamh nach dtagann fuinneamh dorcha chun cinn sa Cruinne ach nuair a bhíonn struchtúr casta ann.

Taispeántar anseo an tábhacht choibhneasta atá le hábhar dorcha, fuinneamh dorcha, gnáthábhar, agus neodrónna agus radaíocht. Cé go bhfuil fuinneamh dorcha chun tosaigh sa lá atá inniu ann, bhí sé neamhbhríoch go luath. Bhí ábhar dorcha tábhachtach den chuid is mó le haghaidh uaireanta cosmacha an-fhada, agus is féidir linn a shínithe a fheiceáil sna comharthaí is luaithe sa Cruinne fiú. (E. SIEGEL)

Cuid den dúshlán mór don chosmeolaíocht nua-aimseartha is ea nádúr na gcomhpháirteanna seo atá in easnamh sa Cruinne a nochtadh. Más féidir linn é sin a dhéanamh go díreach, tosóimid ag tuiscint cathain agus conas a d’eascair ábhar dorcha agus fuinneamh dorcha. Is é an rud is féidir linn a rá go cinnte gurb í an radaíocht, go luath, an phríomhchuid den Cruinne, agus méideanna beaga de ghnáthábhar i gcónaí. B’fhéidir gur tháinig ábhar dorcha chun cinn ag an tús, nó b’fhéidir gur tháinig sé chun cinn beagán níos déanaí, ach fós an-luath. Ceaptar go raibh fuinneamh dorcha ann i gcónaí, ach níor tháinig sé chun bheith tábhachtach agus so-aimsithe ach nuair a bhí na Cruinne billiúin bliain d’aois cheana féin. Is tasc dár dtodhchaí eolaíoch an chuid eile a chinneadh.

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.