• Começa Com Um Estrondo

O lado escuro do universo

Crédito da imagem: simulação: Olivier Hahn e Tom Abel; Visualização: Ralf Kaehler.

Um evento de blog ao vivo de uma fabulosa palestra pública dada por Katie Freese sobre os componentes invisíveis do nosso Universo.

Se você pegar tudo o que sabemos… isso soma apenas 5% do Universo.
– Katie Freese

Quando percebemos pela primeira vez, na primeira metade do século 20, que nosso Universo estava repleto de bilhões de galáxias que se estendiam muito além da nossa Via Láctea, foi um grande salto em nosso conhecimento e compreensão. Cada uma dessas galáxias continha bilhões de estrelas próprias, e a grande maioria estava se expandindo para longe de nós e umas das outras, dando-nos uma imagem do Universo em expansão. Mesmo com a maior tecnologia à nossa disposição hoje, podemos olhar o quanto quisermos no cosmos e encontrar galáxias nas profundezas do espaço, até mais de 30 bilhões de anos-luz de distância.

Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, M. Mechtley e M. Rutkowski (Universidade Estadual do Arizona, Tempe), R. O'Connell (Universidade da Virgínia), P. McCarthy (Observatórios Carnegie), N. Hathi (Universidade da Califórnia, Riverside), R. Ryan (Universidade da Califórnia, Davis), H. Yan (Universidade Estadual de Ohio) e A. Koekemoer (Instituto de Ciências do Telescópio Espacial), do campo GOODS, conforme fotografado pelo Hubble .

Mas talvez chocantemente, mesmo olhando tão fundo no abismo e encontrando estrelas, gás e todos os outros tipos de matéria luminosa e não luminosa composta das mesmas coisas básicas que somos - prótons, nêutrons e elétrons - esse tipo de matéria não pode e não compõem a grande maioria do Universo. Na verdade, mesmo se olharmos para todas as partículas conhecidas no Modelo Padrão, incluindo todos os bósons, todos os neutrinos e o conjunto completo de todas as partículas conhecidas neste Universo, só podemos responder por cerca de 5% da quantidade total de energia presente em todo o espaço-tempo.

Crédito da imagem: E. Siegel, de seu novo livro, Além da Galáxia.

Os 95% restantes pertencem ao que chamamos de o setor escuro : matéria escura, que gravita junto em aglomerados como a matéria normal, mas não interage através de nenhuma das forças mecânicas quânticas conhecidas, em cerca de 27% do total, e energia escura, que faz com que a expansão do Universo acelere e compreende, hoje, cerca de 68 % da densidade de energia do Universo. Há uma história incrível tanto para a matéria escura quanto para a energia escura, mas esse lado escuro do Universo é atualmente o maior mistério cósmico do século XXI. E a partir das 19h do leste (16h do Pacífico) de hoje, 2 de março, você poderá assistir a astrofísica Katie Freese dá uma palestra ao vivo sobre isso, cortesia da série de palestras públicas do Perimeter Institute .

Crédito da imagem: Perimeter Institute / @MaricaRosengard.

A pesquisa de Katie conecta o observacional ao teórico e se esforça para testar vários modelos de como e por que o Universo está se expandindo e se comportando da maneira como se comporta. A matéria escura e a energia escura sempre foram consideradas possibilidades, mas não eram particularmente esperadas. No entanto, quando você estuda o Universo, é seu trabalho número 1 ouvir o que ele diz sobre si mesmo, se você esperava que ele se comportasse dessa maneira ou não. Katie dá palestras fantásticas, e espero que você se junte a mim para a dela, enquanto eu faço um blog ao vivo com comentários e informações extras.

https://www.youtube.com/watch?v=Dl95VgDzcqs

A melhor maneira de assistir é abrir este vídeo, acima, e depois em uma aba/janela separada, acompanhe aqui atualizando a página. As atualizações são a cada 5 minutos, no máximo, então sintonize e divirta-se!

Atualização, 15h48 Ciência!!!

Crédito da imagem: Governo do Canadá, via https://www.ic.gc.ca/eic/site/icgc.nsf/eng/h_07541.html .

Isso mesmo, os americanos, o Canadá valorizam tanto a ciência que têm uma posição do gabinete por isso! Onde está nosso secretário de ciência, hmm?

15h51 : Deve haver algum novo tipo de partícula para explicar a matéria escura. Sabemos disso porque, de todas as partículas do modelo padrão, apenas o neutrino é estável, neutro e interage pouco o suficiente para não ter sido visto por outros canais astrofísicos.

Crédito da imagem: Spider Collaboration / Caltech, via http://www.astro.caltech.edu/~lgg/spider/spider_front.htm .

A polarização no fundo cósmico de micro-ondas nos diz – confirma para nós – que os neutrinos existem e afetam o Universo, mas podem representar apenas cerca de 0,1% do conteúdo de energia do Universo. Isso não é nada , mas não é a matéria escura que precisamos. O que é isso? Fique ligado; ainda estamos trabalhando nisso!

Crédito da imagem: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.

15h55 : Sim, você vai querer saber: ondas gravitacionais e matéria escura/energia escura? A matéria escura deve emiti-los à medida que se move pelo Universo, alterando os campos gravitacionais, mas por ser tão difusa, a magnitude dessas ondas deve ser pequena. No entanto, isso é melhor do que a energia escura, que pode não emitir ondas gravitacionais!

15h58 : Então, se não é matéria normal - nada no modelo padrão - o que é matéria escura? Há muitos bons candidatos: relíquias de alta energia que sobraram do Universo primitivo, como supersimetria ou dimensões extras; axions, que surgem da simetria quebrada que (teoricamente) explica porque não há violação de CP nas interações fortes; neutrinos destros pesados ​​e oscilantes; relíquias ultra-pesadas surgindo em grandes teorias unificadas, etc. energia candidatos? Nós nem sabemos como começar a procurar por eles!

Crédito da imagem: captura de tela da palestra ao vivo do Perimeter Institute.

16:00 : Ok, chega de minha comentário, parece que é hora de começar!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h02 : Introdução incrível, e mais incrível: um cientista — um Ph.D. cientista — um Ph.D. mulher cientista, tem uma posição governamental de alto escalão, onde a ciência tem um papel proeminente e influente no governo de sua nação. Não precisamos de mais disso em todo o mundo?

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h05 : Vale a pena notar que a Dra. Freese é uma das primeiras mulheres a obter um diploma de graduação em física de Princeton, e no ano passado o Business Insider a nomeou uma das 15 mulheres mais incríveis na ciência hoje. É maravilhoso isso finalmente podemos ter uma lista de mulheres incríveis na ciência sem a palavra quente lá. Esperemos que algum dia em breve possamos ter uma lista de muito mais que 15, e isso nem será notável.

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h07 : Cada cultura tem seu próprio mito de criação e, no entanto, nos últimos 100 anos - e realmente é só nos últimos 100 anos - que passamos de um mito ou uma história para o conhecimento científico real. Da relatividade de Einstein às observações de Slipher e Hubble que levaram a um Universo em expansão, respondemos à pergunta final: de onde veio nosso Universo no passado!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h10 : Como luz emitida alongar à medida que o Universo se expande, podemos dizer o quanto nosso Universo se expandiu (e em que taxa) olhando cada vez mais para trás no tempo. É realmente simples assim: a luz leva tempo para viajar até você através do espaço, o espaço se expande e isso estica a luz que passa por ele e, portanto, se você observar galáxias em todas as distâncias diferentes, poderá dizer como ela se expandiu ao longo do tempo. Nós olhamos para trás um muuuuito maneiras!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h14 : Uma boa maneira de abordar um equívoco comum sobre o Big Bang: é não uma explosão que aconteceu em algum lugar conosco no centro. Em vez disso, é um evento em nosso passado que ocorreu em todos os lugares ao mesmo tempo, como uma explosão (se você precisar) onde a energia no espaço vazio explodiu em matéria e radiação uniformemente, e em todos os lugares ao mesmo tempo!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h17 : Pensamos em nossa galáxia como o disco, protuberância e braços, onde as estrelas vivem e onde o gás e a poeira se formam. Mas isso é um impreciso vista da nossa galáxia se nos preocupamos com a massa. Por massa - deduzindo isso de como as coisas se movem - há um halo gigante e difuso muitas vezes a escala do disco visível.

Crédito da imagem: captura de tela do Twitter.

16h19 : Se você estiver assistindo ao vivo, você pode perceber que as perguntas estão sendo feitas em Twitter em tempo real com a hashtag #piLIVE. Espero que respondam a esta, porque o melhor que tenho é:

• Faça o que você ama.
• Qualquer um que te desencoraje pode ir para o inferno.
• Cerque-se de pessoas comprometidas com o seu sucesso (como tu defini-lo) como você é.
• E seja a melhor versão de si mesmo que puder.

Você pode fazer isso, e eu espero que você faça.

Crédito da imagem: retirado de http://astro.wsu.edu/worthey/astro/html/lec-darkmatter.html .

16h24 : Quando você visualiza o Universo distante, você pode - através dos efeitos de dobras fundo luz — mede a quantidade total de massa entre tu e o objeto que você está observando. Esse efeito é conhecido como lente gravitacional e nos diz que não há apenas massa (matéria) onde as galáxias estão, mas entre as galáxias, onde não há estrelas. Essa é outra evidência para a matéria escura.

Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.;
Mapa de Lentes: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.
Óptico: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

16h27 : O mais forte, o mais direto evidência para a matéria escura vem das colisões de aglomerados. Não apenas o efeito gravitacional (mostrado em azul) está desalinhado da matéria normal (mostrado em rosa), mas sua magnitude é cerca de 5 a 6 vezes maior do que a questão normal nos levaria a acreditar. Em outras palavras, temos muitas linhas diferentes de evidência em muitas escalas diferentes de que a matéria escura é real e supera em muito a matéria normal, como nós.

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h30 : Mais um, porque é bom demais: precisamos de matéria escura para nós existir! Formam estrelas, têm muita radiação, fazem supernovas, etc., e o que fazem? Elas Empurre contra a matéria normal, e realmente destruiria a estrutura em escalas grandes e pequenas, que nosso Universo tem em abundância! Então você precisar matéria escura para manter isso unido, porque não se importa com a radiação, que passa direto por ela. Imagine isso: sem matéria escura, nossas galáxias – e os elementos pesados ​​que surgem de remanescentes de supernovas para nos formar – não permaneceriam unidos do jeito que estão!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h34 : ah, desapontamento ! Katie apresenta uma lista (parcial) de potenciais candidatos à matéria escura e vai se concentrar nos WIMPs. Sim, o consenso é que os WIMPs são um bom candidato para a matéria escura, mas isso tem sido falado (e modelado) até a morte nos últimos anos, sem nem mesmo uma sugestão de evidência para mostrar isso. As motivações que ela está dando estão relacionadas a SUSY e dimensões extras, que definitivamente não existem nas escalas que precisaríamos que existissem para resolver o problema da matéria escura. (Ou o LHC já os teria encontrado.)

Você ouviu aqui primeiro: se o LHC, durante sua execução atual, não vê nenhuma nova partícula abaixo de ~ 1 TeV em energia, Os WIMPs como os motivamos atualmente não podem ser 100% da matéria escura .

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h38 : Eu também não acho que Katie contestaria essa afirmação; ela está dizendo agora que encontrar o bóson de Higgs foi 1 objetivo do LHC, mas o outro objetivo principal era encontrar algo novo que pudesse ser evidência de uma dessas teorias produtoras de WIMP, como partículas SUSY ou Kaluza-Klein. Versão Tl;dr: até agora isso não aconteceu, esperamos que esteja chegando, e as dicas de nova física são tão convincentes quanto o argumento de que eu sou realmente godzilla, digitando este blog ao vivo, agora.

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h42 : FYI, se você estiver procurando por neutrinos, poderá construir um detector subterrâneo gigante procurando por interações – embora raras – entre matéria normal e neutrinos. Se, e isso é um grande se , o W em WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) na verdade significa força fraca e não apenas mais fraca do que podemos ver, há uma chance de podermos detectá-la. Mas os experimentos entram em conflito uns com os outros, e não há Claro sinal positivo. Sim, o DAMA detecta uma modulação anual em seu sinal, mas eles não entendem a natureza de seu sinal. Eles estão vendo alguma coisa, mas é matéria escura? Ruído? Mecânica orbital/de aquecimento? Ninguém sabe.

Crédito da imagem: Colaboração Xenon-100 (2012), via http://arxiv.org/abs/1207.5988 . A curva mais baixa exclui seções transversais de WIMP (partícula massiva de interação fraca) e massas de matéria escura para qualquer coisa localizada acima dela.

16h45 : Aqui estão alguns resultados científicos que mostram a detecção reivindicada do detector DAMA e todos os outros experimentos, que descartam WIMPs em todos os locais acima das linhas em que são desenhados. Se você tem dinheiro e é um apostador, não aposte no DAMA . Esse é o meu conselho. Eu não vou chamá-los assim, mas vou retransmitir que há um número de pessoas que começaram a chamar os crentes do DAMA de uma junção muito engraçada de DAMA e uma das palavras favoritas de Beavis & Butthead. Você pode descobrir o resto.

16h48 : Eu amo como Katie é tão otimista, dada a incrível sequência de não detecção e não confirmação de todos os esforços de detecção direta reivindicados na matéria escura até agora. Eu tenho que dizer (e admitir) que basta um resultado confirmado e reproduzível, e teremos nossa primeira janela quanto à natureza da matéria escura.

Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA.

Mas com tudo isso dito, tudo o que ela está falando – as bolhas de Fermi, etc. mundano explicações, onde mundano significa astrofísico, baseado em física conhecida, sem necessidade de matéria escura.

Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/R. Ferido (SSC).

16h52 : Há também estrelas escuras, que é a ideia favorita de Katie (e de alguns outros), de que as primeiras estrelas não seriam apenas ricas (relativamente) em matéria escura e enormes (até ~ 1.000.000 de massas solares, em vez do padrão ~ 1.000 massas solares), mas essa matéria escura auto-aniquila , e essa auto-aniquilação alimenta essas estrelas de uma maneira particular. Se ela estiver certa (muitos ifs), pelo menos o Telescópio Espacial James Webb tem a chance de ver! Ela provavelmente não está certa, mas grande parte de ser uma teórica é considerar as possibilidades e as consequências que surgem dessas possibilidades, não calcular. só o que já esperamos!

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

16h56 : Katie tem a mesma mentalidade que eu quando se trata de energia escura: é um problema muito difícil que nem sequer começar saber investigar diretamente. Pelo menos com a matéria escura, temos opções e possibilidades, e caminhos para explorar. Mas para a energia escura… tudo o que podemos fazer é observar seus efeitos na expansão do Universo. Algo mais? Talvez isso seja para a próxima geração de teóricos!

17:00 : Boa pergunta: a matéria escura levará à grande unificação? A resposta é possivelmente , se um componente importante da matéria escura realmente vem da quebra de simetria ou a restauração da simetria da força eletrofraca-forte. Isso não exigir supersimetria, como diz Katie, mas requer uma grande unificação para ser uma parte real do nosso Universo, o que pode ou não ser.

17h02 : E, finalmente, a pergunta das mulheres-que-querem-ser-cientistas: se você ama, continue fazendo, e não deixe estudantes homens inseguros que agem como se soubessem de tudo (e não) te deixem para baixo .

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

Obrigado ao Perimeter Institute por me ajudar a participar, a Katie Freese por dar uma palestra tão maravilhosa e a todos que assistiram - aqui ou em outro lugar - por sintonizarem. Trazendo a história do Universo, incluindo o fronteiras do Universo, para todos, é uma grande parte do que é o empreendimento da ciência!

Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes . Deixe seus comentários em nosso fórum , confira nosso primeiro livro: Além da Galáxia , e apoie nossa campanha no Patreon !

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