Astrofysicus Boris Stern: 3 meest verbazingwekkende kennis over het universum die we in de 21e eeuw hebben ontvangen
Gemengde Berichten / / April 27, 2023
Kosmologen hebben de berichten ontcijferd die de oerknal ons heeft gestuurd, en astrofysici zijn overtuigd van de juistheid van de voorspellingen van Einstein.
Op 29-30 april vindt de conferentie "Wetenschappers tegen mythen». Hierop zullen experts stereotypen over het leven op aarde en in de ruimte bestrijden. Astrofysicus Boris Stern zal deelnemen aan de discussie "Waartoe leiden pogingen om de structuur van het heelal te begrijpen?".
Speciaal voor Lifehacker sprak hij over succesvolle gevallen van ruimteverkenning en hoe deze het wetenschappelijke landschap en de ideeën over de wereld veranderden.
Boris Stern
Astrofysicus. Doctor in de Fysische en Wiskundige Wetenschappen, Hoofdonderzoeker aan het Instituut voor Nucleair Onderzoek van de Russische Academie van Wetenschappen en het Astrospace Center van de FIAN.
In de 20e eeuw vond er een doorbraak plaats in de studie van de ruimte - ontwikkelde technologieën, verbeterde observatiemethoden. Als eerdere wetenschappers alleen tevreden waren met telescopen, hebben ze nu andere, meer
perfecte gereedschappen: satellieten, apparaten voor radioastronomie, interferometers.Hierdoor zijn de afgelopen 20 jaar de belangrijkste ontdekkingen in de kosmologie en astrofysica gedaan: het bestaan van gravitatiegolven, ontdekte exoplaneten en ten slotte de geschiedenis van het heelal en zijn inhoud worden met een hoge nauwkeurigheid. Dit alles is de belangrijkste kennis die ons begrip van de wereld om ons heen heeft vergroot.
1. Er zijn veel planeten waar leven mogelijk is
«exoplaneet epos”begon in 1995, toen de radiale snelheidsmethode voor het eerst werd toegepast. Dankzij hem was het periodiek mogelijk om een verschuiving in de spectraallijnen van sterren waar te nemen volgens het Doppler-effect. Als gevolg hiervan werd een schijnbaar onmogelijke gigantische planeet gevonden met een omlooptijd van 4,2 dagen - heel dicht bij de ster 51 Pegasus.
Toen werd het een wetenschappelijke sensatie en begonnen wetenschappers te zoeken exoplaneten. De echte doorbraak op dit gebied kwam in 2009, toen de Kepler-telescoop werd gelanceerd.
Hij werkte al aan een andere methode: doorvoer. Het punt was om de kleine verduistering van de sterren te "vangen" die werd veroorzaakt door het passeren van planeten op hun achtergrond.
Als gevolg hiervan is er een explosieve groei in het aantal ontdekte exoplaneten. Waren het er daarvoor honderden, nu liep het aantal in de duizenden.
Tot op heden is het bestaan van 5.357 daarvan stevig bevestigd. Dit zijn volledig verschillende planeten: zowel koud als warm, vergelijkbaar met zowel de massa van Mercurius als met de massa van 10 Jupiters. Onder hen zijn er hoogstwaarschijnlijk mensen wiens oppervlak een continue oceaan is, en ijs met extreem lage temperaturen.
Onder al deze exoplanetaire "dierentuin" zijn er echter praktisch geen exemplaren waarop leven zou kunnen zijn. Dit betekent niet dat ze helemaal niet bestaan. Het is alleen dat het selectie-effect hier werkt: om op dezelfde manier op te warmen als de aarde met een ster van de zonneklasse, moeten dergelijke planeten vrij grote banen hebben - een "lang jaar". Om hun transits vast te leggen, duurt het erg lang voor de sterren observeren. Maar Kepler had deze tijd niet - hij werkte slechts 3 jaar. Tegelijkertijd, zelfs als dergelijke planeten zouden worden ontdekt, zou het erg moeilijk zijn om te bewijzen dat ze leven hebben.
Bovendien zal buitenaards leven waarschijnlijk anders zijn dan op aarde. Met een grote waarschijnlijkheid zouden we alleen bacterieel slijm zien. Omdat er op de weg van het ontstaan van het leven naar een hoogontwikkelde, en nog meer zijn intelligente vorm, verschillende zijn onwaarschijnlijke gebeurtenissen, en hoogstwaarschijnlijk op andere planeten, wordt het proces in de vroege stadia vertraagd ontwikkeling.
In die zin is de aarde een zeldzaam fenomeen.
Op dit moment missen we de precisie van instrumenten om dergelijke planeten op te pikken met behulp van de radiale snelheidsmethode, en er zijn geen telescopen zoals Kepler om hun transits te volgen.
Maar ik denk dat de middelen binnenkort zullen worden verbeterd en dat wetenschappers de eerste "aardes" zullen gaan detecteren. Er zijn bijvoorbeeld hints die in het Tau Ceti-systeem - dichtbij zon ster - er zijn planeten in bewoonbare zone.
2. Zwaartekrachtsgolven bestaan
Volgens de relativiteitstheorie van Einstein is de zwaartekracht het resultaat van de kromming van ruimte-tijd onder invloed van materie, waarbij zwaartekrachtgolven de rimpelingen zijn.
Zwaartekrachtsgolven worden gevormd als gevolg van de fusie zwarte gaten of neutronensterren - dat wil zeggen massieve objecten. In de buurt van hen krimpt en vergroot de ruimte met 10% of meer, en daarmee elk object erin. We krijgen kleine rimpelingen, die erg moeilijk te registreren zijn.
Toen Einstein de relativiteitstheorie formuleerde, begonnen wetenschappers aan een lange en mislukte poging om zwaartekrachtsgolven experimenteel te detecteren.
De eerste voorgestelde redelijke methode Sovjet wetenschappers: Vladislav Pustovoit en Mikhail Gertsenstein. In de jaren zestig schreven ze een paper waarin ze de creatie van een zwaartekrachtgolfdetector in de vorm van een laserinterferometer voorstelden.
Het principe van zijn werk was als volgt:
- Twee spiegels bevinden zich op een afstand van enkele kilometers van elkaar.
- De interferentielaserstraal meet nauwkeurig de afstand daartussen.
- Als het begint te veranderen, kan dit te wijten zijn aan de invloed van zwaartekrachtgolven.
Het idee is eenvoudig, maar de uitvoering ervan bleek met veel moeilijkheden gepaard te gaan. Het feit is dat de nauwkeurigheid waarmee het nodig is om de verandering in de afstand tussen de spiegels te meten tienduizenden keren kleiner is dan de grootte van een proton in een atoomkern. Hiervoor heb je een krachtige laserstraal nodig, een vacuüm, een unieke detectoropstelling.
Het heeft tientallen jaren geduurd om dit allemaal te bereiken. Als gevolg hiervan slaagden wetenschappers uit de Verenigde Staten er in 2015 in om dit te doen. Ze hadden twee detectoren die het signaal van zwaartekrachtgolven registreerden, en hun resultaten vielen zowel met elkaar als met theoretische berekeningen samen.
Er bestaat geen twijfel over: zwaartekrachtgolven bestaan.
De algemene relativiteitstheorie, mooi vanaf het allereerste begin, werd in de praktijk bevestigd. Het was heel belangrijk om alle twijfelaars te laten zien: kijk eens hoe krachtig het werkt.
Sindsdien is het aantal registraties van zwaartekrachtgolven de honderd gepasseerd. Wetenschappers verzamelen statistieken en ontwikkelen ook een project voor een ultragevoelige interferometer die kan worden gebruikt in de ruimte.
3. Magnetronachtergrond - een leerboek over de geschiedenis van het universum
De microgolfachtergrond is het licht dat ontstond in de eerste honderdduizenden jaren na de oerknal. Hij bereikte ons in de vorm van korte radiogolven - een fractie van een centimeter groot.
Waar kwam dit licht vandaan? In de eerste momenten van zijn leven was het heelal dicht, heet en extreem geïoniseerd - dat wil zeggen, de kernen van atomen waren gescheiden van elektronen. Pas na 380 duizend jaar 'sloten ze vriendschap' met elkaar en vormden ze neutrale atomen. Hierdoor is de interactie van licht met nieuwe stoffen ingrijpend veranderd. De fotonen vlogen alle kanten op, werden minder energetisch naarmate hun golflengte zich uitbreidde met de uitdijing van het universum. Zo bereikte het licht van de oerknal ons.
In de 20e eeuw begon het onderzoek naar de microgolfachtergrond. In de jaren negentig nam de gevoeligheid van de instrumenten zo sterk toe dat de vlekken en oneffenheden merkbaar werden.
In de jaren 2000 werd een krachtige WMAP-microgolfstralingsdetector de ruimte in gelanceerd, die een kaart van deze straling van ongeveer lucht in goede resolutie.
Dankzij haar werd de contrastverdeling van spots gebouwd afhankelijk van hun grootte, het had pieken en dalen. Zo'n fenomeen wordt Sacharov-oscillaties genoemd - het werd voor het eerst beschreven door de Sovjetfysicus Andrei Dmitrievich Sacharov.
De verhouding van deze pieken en dalen laat precies zien hoe het vroege heelal eruit zag en beschrijft ook de eigenschappen ervan.
Nu weten we precies de chronologie van gebeurtenissen vanaf de eerste kleine fracties van seconden na de oerknal tot heden. Ik geloof dat dit de belangrijkste prestatie in de 21e eeuw is.
Helaas is dit onderzoek tot stilstand gekomen. Na het WMAP-experiment werd de Planck-satelliet gelanceerd met een meer geavanceerde magnetron telescoop. Hij verkreeg gegevens die ontbraken, maar bracht geen fundamenteel nieuwe ontdekkingen.
De kosmologie heeft de mogelijkheden van de methode om relikwiestraling te meten uitgeput. Daarom is het erg moeilijk om vooruit te komen. Maar dit is natuurlijk: na de revolutie verschijnt er een plateau. Nieuwe doorbraken zullen moeten wachten.
Lees ook🧐
- 9 mythen over Mars die veel mensen geloven. Maar tevergeefs
- "We leven allemaal in een zwart gat": 8 wetenschappelijke mythes die je niet moet geloven
- "De hele lucht zou in vliegende schotels moeten zijn, maar er gaat niets boven": een interview met astrofysicus Sergei Popov