Astrofysiker Boris Stern: 3 mest fantastiske kunnskap om universet som vi mottok i det 21. århundre

29.-30. april, konferansen "Forskere mot myter». På den vil eksperter kjempe mot stereotypier om livet på jorden og i verdensrommet. Astrofysiker Boris Stern vil delta i diskusjonen «Hva fører forsøk på å forstå universets struktur til?».

Spesielt for Lifehacker snakket han om vellykkede tilfeller av romutforskning og hvordan de endret det vitenskapelige landskapet og ideene om verden.

På 1900-tallet skjedde et gjennombrudd i studiet av rom - teknologier utviklet, observasjonsmetoder forbedret. Hvis tidligere vitenskapsmenn bare var fornøyd med teleskoper, har de nå andre, mer perfekte verktøy: satellitter, radioastronomienheter, interferometre.

Takket være dette, i løpet av de siste 20 årene, har de viktigste funnene innen kosmologi og astrofysikk blitt gjort: eksistensen av gravitasjonsbølger, oppdagede eksoplaneter, og til slutt, universets historie og dets innhold bestemmes med en høy nøyaktighet. Alt dette er den viktigste kunnskapen som har utvidet vår forståelse av verden rundt oss.

1. Det er mange planeter hvor liv er mulig

«eksoplanet-epos” begynte i 1995, da metoden med radialhastighet ble brukt for første gang. Takket være ham var det med jevne mellomrom mulig å observere et skifte i spektrallinjene til stjerner i henhold til Doppler-effekten. Som et resultat ble det funnet en tilsynelatende umulig gigantplanet med en omløpstid på 4,2 dager – svært nær stjernen 51 Pegasus.

Så ble det en vitenskapelig sensasjon og forskere begynte å lete eksoplaneter. Det virkelige gjennombruddet på dette området kom i 2009, da Kepler-teleskopet ble skutt opp.

Han jobbet allerede med en annen metode - transitt. Poenget var å "fange" den lille mørkningen av stjernene forårsaket av passasje av planeter i bakgrunnen deres.

Som et resultat har det vært en eksplosiv vekst i antall oppdagede eksoplaneter. Hvis det før det var hundrevis av dem, nå var tallet i tusenvis.

Til dags dato er eksistensen av 5.357 av disse bekreftet. Dette er helt forskjellige planeter: både kalde og varme, sammenlignbare både med massen til Merkur og med massen på 10 Jupiters. Blant dem er det mest sannsynlig de hvis overflate er et kontinuerlig hav og is med ekstremt lave temperaturer.

Men blant all denne eksoplanetariske "zoo" er det praktisk talt ingen slike eksemplarer som liv kan være på. Dette betyr ikke at de ikke eksisterer i det hele tatt. Det er bare at seleksjonseffekten fungerer her: for å varme opp på samme måte som jorden med en stjerne i solklassen, må slike planeter ha ganske store baner - et "langt år". For å fikse transittene deres, tar det veldig lang tid for stjernene observere. Men Kepler hadde ikke denne tiden - han jobbet i bare 3 år. Samtidig, selv om slike planeter ville bli oppdaget, ville det være svært vanskelig å bevise at de har liv.

I tillegg vil fremmedliv sannsynligvis være forskjellig fra jorden. Med stor sannsynlighet ville vi bare se bakterieslim. For på veien fra livets fremvekst til en høyt utviklet, og enda mer dens intelligente form, er det forskjellige usannsynlige hendelser, og mest sannsynlig på andre planeter, bremses prosessen i de tidlige stadiene utvikling.

Slik sett er jorden et sjeldent fenomen.

Akkurat nå mangler vi presisjonen til instrumenter for å fange opp slike planeter ved hjelp av radialhastighetsmetoden, og det finnes ingen teleskoper som Kepler for å spore deres transitter.

Men jeg tror at midlene snart vil bli forbedret og forskere vil begynne å oppdage de første "jordene". For eksempel er det hint som i Tau Ceti-systemet - nær sol stjerne - det er planeter i beboelig sone.

2. Gravitasjonsbølger eksisterer

I følge Einsteins relativitetsteori er tyngdekraften et resultat av krumningen av rom-tid under påvirkning av materie, der gravitasjonsbølger er dens krusninger.

Gravitasjonsbølger dannes som følge av sammenslåingen svarte hull eller nøytronstjerner - det vil si massive objekter. I nærheten av dem krymper og utvider rommet seg med 10% eller mer, og med det, ethvert objekt i det. Vi får små krusninger, som er svært vanskelige å registrere.

Da Einstein formulerte relativitetsteorien, begynte forskerne et langt og mislykket forsøk på eksperimentelt å oppdage gravitasjonsbølger.

Den første fornuftige metoden foreslått sovjetisk forskere: Vladislav Pustovoit og Mikhail Gertsenstein. På 1960-tallet skrev de et papir som foreslo opprettelsen av en gravitasjonsbølgedetektor i form av et laserinterferometer.

Prinsippet for arbeidet hans var som følger:

1. To speil er i en avstand på flere kilometer fra hverandre.
2. Interferenslaserstrålen måler nøyaktig avstanden mellom dem.
3. Hvis det begynner å endre seg, kan dette skyldes påvirkning av gravitasjonsbølger.

Ideen er enkel, men implementeringen viste seg å være forbundet med mange vanskeligheter. Faktum er at nøyaktigheten som det er nødvendig å måle endringen i avstanden mellom speilene med er titusenvis av ganger mindre enn størrelsen på et proton i en atomkjerne. For å gjøre dette trenger du en kraftig laserstråle, et vakuum, et unikt detektoroppsett.

Det tok flere tiår å oppnå alt dette. Som et resultat, i 2015, klarte forskere fra USA å gjøre dette. De hadde to detektorer, som registrerte signalet til gravitasjonsbølger, og resultatene deres falt sammen både med hverandre og med teoretiske beregninger.

Det er ingen tvil igjen: gravitasjonsbølger eksisterer.

Den generelle relativitetsteorien, vakker helt fra begynnelsen, ble bekreftet i praksis. Det var veldig viktig å vise alle tvilerne: se hvor kraftig det fungerer.

Siden den gang har antallet registreringer av gravitasjonsbølger passert hundre. Forskere samler statistikk, og utvikler også et prosjekt for et ultrasensitivt interferometer som kan brukes i verdensrommet.

3. Mikrobølgebakgrunn - en lærebok om universets historie

Mikrobølgebakgrunnen er lyset som ble dannet i de første hundretusener av år etter Big Bang. Han nådde oss i form av korte radiobølger - en brøkdel av en centimeter i størrelse.

Hvor kom dette lyset fra? I de første øyeblikkene av sitt liv var universet tett, varmt og ekstremt ionisert - det vil si at atomkjernene ble skilt fra elektroner. Først etter 380 tusen år ble de "venner" med hverandre og dannet nøytrale atomer. På grunn av dette har interaksjonen mellom lys og nye stoffer endret seg dramatisk. Fotonene fløy ut i alle retninger, ble mindre energiske ettersom bølgelengden strakk seg sammen med universets ekspansjon. Slik nådde lyset fra Big Bang oss.

På 1900-tallet begynte studier av mikrobølgebakgrunnen. På 1990-tallet økte følsomheten til instrumentene så mye at flekker og ujevnheter ble merkbare.

På 2000-tallet ble en kraftig WMAP-mikrobølgestrålingsdetektor skutt ut i verdensrommet, som tok et kart over denne strålingen fra ca. himmel i god oppløsning.

Takket være henne ble kontrastfordelingen av flekker bygget avhengig av størrelsen, den hadde topper og fall. Et slikt fenomen kalles Sakharov-oscillasjoner - det ble først beskrevet av den sovjetiske fysikeren Andrei Dmitrievich Sakharov.

Forholdet mellom disse toppene og dalene viser nøyaktig hvordan det tidlige universet var, og beskriver også dets egenskaper.

Nå kjenner vi nøyaktig kronologien til hendelsene fra de første små brøkdelene av sekunder etter Big Bang til i dag. Jeg tror at dette er den viktigste prestasjonen i det 21. århundre.

Dessverre har denne forskningen stoppet opp. Etter WMAP-eksperimentet ble Planck-satellitten skutt opp med en mer avansert mikrobølgeovn teleskop. Han innhentet data som manglet, men kom ikke med noen fundamentalt nye funn.

Kosmologi har uttømt mulighetene for metoden for å måle relikviestråling. Derfor er det veldig vanskelig å komme videre. Men dette er naturlig: Etter revolusjonen dukker det opp et platå. Nye gjennombrudd får vente.