Kosmik tarixin 9 böyük sirri

Təbiətin ən böyük sirrlərinin cavabları Kainatın sirləri üzərində yazılıb.

Fundamental suallardan kosmik miqyasa qədər, elm təbii tariximizi işıqlandırır.

Bütün öyrəndiklərimizə baxmayaraq, aşağıdakı doqquz əsas tapmaca hələ də həllini tapmayıb.

1.) Kosmik inflyasiyanı nə başladacaq və ya nəyə səbəb olacaqdı?

Kosmik inflyasiya başlanğıc deyildi; biz onun nə olduğunu bilmirik. Fəzada mövcud olan kvant fluktuasiyaları kosmik inflyasiya zamanı Kainat boyu uzanaraq, indiki ulduzların, qalaktikaların və digər böyük miqyaslı strukturların əsasını qoyan sıxlıq fluktuasiyalarına səbəb olmuşdur. Bu, bütün Kainatın davranışına dair əldə etdiyimiz ən yaxşı təsvirdir, burada inflyasiya Böyük Partlayışdan əvvəl gəlir və onu formalaşdırır. Təəssüf ki, biz yalnız kosmik üfüqümüzün daxilindəki məlumatlara daxil ola bilərik ki, bu da təqribən 13.8 milyard il əvvəl inflyasiyanın başa çatdığı eyni bölgənin bir hissəsidir.

2.) İnflyasiyanın hansı "növü" baş verdi?

İlkin cazibə dalğaları, kosmik düzlük və ilkin qeyri-Qaussiallıq müşahidələri bizə bu barədə məlumat verəcək. Planka peyki tərəfindən 2015-ci ildə ölçülmüş Kosmik Mikrodalğalı Fonun (CMB) qütbləşmə siqnalının xəritəsi inflyasiyanın detalları üçün əsaslı məlumatlar təmin edir, o cümlədən inflyasiyanın hansı "növlərinə" icazə verildiyini və hansılarının qadağan olunduğunu. İnflyasiyadan qalan cazibə dalğalarının B-mod qütbləşməsinə verdiyi töhfənin bilinən bir forması var, lakin onun amplitudu inflyasiyanın spesifik modelindən asılıdır və yalnız müşahidə yolu ilə məhdudlaşdırıla bilər. Bu inflyasiya cazibə dalğalarından gələn B-modları hələ müşahidə olunmasa da, onların aşkarlanması inflyasiyanın dəqiq hansı tipdə baş verdiyini müəyyən etməyimizə kömək edəcək.

3.) Baryogenezis necə baş verdi?

Bizim Kainatımızın necə maddə dominantlığına keçdiyini bilmirik. Zəif elektrokosmik simmetriyanın pozulduğu zaman, yəni Higqs sahəsinə uyğun gələn simmetriya, CP-pozuntusu və baryon sayı pozuntusunun birləşməsi neytrino artıqlığı üzərində sphaleron qarşılıqlı təsirlərinin təsiri sayəsində əvvəllər mövcud olmayan maddə/antimaddə asimmetriyasını yarada bilər. Lakin bu, yalnız zəif elektrokosmik faza keçidinin, Standart Model tərəfindən təkbaşına proqnozlaşdırılan ikinci dərəcəli keçiddən fərqli olaraq, birinci dərəcəli olması halında baş verə bilər.

Kainatın erkən dövrlərində çoxlu sayda kvarklar, leptonlar, antikvarklar və antileptonlar mövcud idi. Böyük Partlayışdan cəmi kiçik bir saniyənin hissəsi keçdikdən sonra bu maddə-antimaddə cütlərinin əksəriyyəti yox oldu, geriyə maddənin antimaddə üzərində çox kiçik bir artıqlığı qaldı. Bu artıqlığın necə yarandığı Kainatın sirlərindən biri olan baryogenezis kimi tanınır və müasir fizikanın ən böyük həll olunmamış problemlərindən biridir.

4.) Qaranlıq maddənin təbiəti nədir?

Qaranlıq maddənin mövcudluğuna dair saysız-hesabsız astrofiziki sübutlara baxmayaraq, onun təbiəti hələ də sirli qalır. Müxtəlif toqquşan qalaktika qruplarının X-şüaları (çəhrayı) və ümumi maddə (mavi) xəritələri normal maddə ilə cazibə effektləri arasında aydın bir ayrılığı göstərir ki, bu da qaranlıq maddənin ən güclü dəlillərindən biridir. Cazibə effektlərinin (mavi) normal maddənin (çəhrayı) kütləsinin yerindən ayrı düşməsi qaranlıq maddənin mövcudluğunu sübut edir. Qaranlıq maddə olmadan bu müşahidələr (və bir çox başqaları) kifayət qədər izah edilə bilməz.

Bu günə qədər, axionlar da daxil olmaqla, digər qaranlıq maddə namizədləri üçün müsbət birbaşa aşkarlama siqnalı əldə edilməyib. Kosmik tədqiqatlarda bu sahədə irəliləyişlər davam edir.

5.) İlk ulduzlar necə və nə vaxt meydana çıxdı?

Böyük Partlayışdan sonra yaranan ilk nəsil ulduzlar hələ də kəşf edilməyib. Hubbl və UV görüntülənməsinə görə cırtdan qalaktika UGCA 281 sürətlə yeni ulduzlar əmələ gətirir. Qırmızı rəngli ulduzların köhnə bir fon populyasiyası daha yeni, mavi rəngli ulduzlarla birlikdə mövcuddur. Yeni yaranan ulduzlar əsasən yüksək dərəcədə zənginləşmiş I Populyasiya ulduzları olduğu halda, köhnə ulduzlar əsasən metal kasıb II Populyasiya ulduzlarıdır. Heç bir ilkin, metal sərbəst, III Populyasiya ulduzları hələ məlum deyil. 2025-ci ilədək bu cür ilkin, metal-sərbəst III Populyasiya ulduzları hələ də tapılmayıb.

6.) Kainatda nə qədər "tək"ik?

Həyat nə vaxt və harada yarandı və nə qədər yayğındır? Biz hələ də demək olar ki, heç nə bilmirik. HWO (Yaşanılabilən Dünyalar Rəsədxanası) kimi nəzərdə tutulan NASA-nın qarşıdan gələn aparıcı missiyasının potensial görünüşü və arxitekturası üçün bədii konsepsiyaları təmsil edən bu iki dizayn gələcək kosmik tədqiqatlar üçün əhəmiyyətlidir. O, NASA elmi üçün Hubbl və ya JWST-nin etdiyi kimi, həqiqətən də nəsillik bir sıçrayışı təmsil edəcək. Milli Elmlər Akademiyasının 2020-ci il onillik sorğusu tərəfindən 1 nömrəli tövsiyə olunan missiya olaraq, o, Günəşə bənzər ulduzların ətrafında Yeri böyüklüyündəki dünyaları birbaşa görüntüləyən ilk missiya olacaq.

Həyatın aşkarlanması etibarlılığı (CoLD) şkalası alimlər üçün potensial biosiqnalın həqiqətən də həyat fəaliyyəti nəticəsində yaranmasına nə qədər əmin olduğumuzu kəmiyyətcə müəyyən etmək üçün bir yoldur. "Marsda metan" və ya Perseverance-in son çöküntü qayasının içində tapılan yeni xüsusiyyətlər (eləcə də qədim Mars Vikinq nəticələri) bu şkala üzrə yalnız 1-ci səviyyəyə qədər yüksəldi. Abiotik yollarla müşahidə olunan siqnalların yaradılmasını istisna etmədən ən azı 4-cü səviyyəyə çatana qədər həyatın iştirakına dair hər hansı bir iddiaya qarşı müvafiq skeptisizm (o cümlədən inamsızlıq) zəruridir.

7.) Yerdə həyat necə başladı?

Biologiya, biokimya və təkamül haqqında çox şey bilsək də, abiogenez tapmacasını həll edə bilməmişik. Dəniz altında, hidrotermal boruların ətrafında, günəş işığının çatmadığı yerlərdə Yer kürəsində həyat inkişaf etməyə davam edir. Həyatı qeyri-həyatdan necə yaratmaq bu gün elmdəki böyük açıq suallardan biridir, lakin hidrotermal borular ilk metabolik proseslərin, canlı orqanizmlərin əcdadının ilk dəfə yarana biləcəyi əsas yerlərdən biridir. Əgər həyat orada, Yerdə mövcud ola bilirsə, bəlkə də Avropa və ya Enseladın su altında da həyat var.

Əgər həyat ətraf mühitindən qida/enerji mübadiləsi edə bilən təsadüfi bir peptiddən başlamışdırsa, replikasiya daha sonra peptid-nuklein turşusu koevolyusiyasından baş verə bilərdi. Həyatın yaranması üçün "ilahi qığılcım" lazım olduğunu iddia etmək klassik "Allah-boşluqları" arqumentidir, lakin həyatın qeyri-həyatdan necə yarandığını dəqiq bildiyimizi iddia etmək də bir yanlışdır. Qayalı planetlərdə bu molekulların səthlərində mövcud olması şərtləri, ehtimal ki, Böyük Partlayışdan sonra ilk 1-2 milyard il ərzində mövcud idi. Kainatın sirləri hələ də çoxdur.

8.) Qaranlıq enerjinin təbiəti nədir?

O, kosmoloji sabitdirmi? Və hardan yaranır? Bu qrafik, supernovalar (sağda), baryon akustik osilyasiyaları (solda) və kosmik mikrodalğalı fon (üst) birləşdirərək Eynşteynin kosmoloji sabiti Λ üzərindəki gərginliyi əyləncəli şəkildə təsvir edir. Bütün üç məlumat dəsti birləşdirildikdə, kosmoloji sabit ideyası bir yerdə qalmaqda çətinlik çəkir; bəlkə də nəsə, lakin mütləq Λ olmaya bilər, təslim olacaq.

Bu qrafiklər, w_0 və w_a parametrləri baxımından inkişaf edən qaranlıq enerjinin uyğunluğunu göstərir. Burada qaranlıq enerji üçün sabit bir kosmoloji sabit w_a = 0 və w_0 = -1-ə dəqiq uyğun gəlir. Qeyd edək ki, DESI məlumatları təkbaşına sabit qaranlıq enerji ilə uyğundur, lakin CMB və supernova (məsələn, orta paneldə göstərilən DESY5) məlumatları ilə birləşdirildikdə, bunun əvəzinə inkişaf edən qaranlıq enerjini dəstəkləyir.

9.) Bizim son kosmik aqibətimiz nədir?

Böyük sıxılma? Böyük yırtılma? İstilik ölümü? Yoxsa bərpa olunmuş bir dövrə? Bunun cavabını tapmaq üçün axtarış davam edir. Kainatın gözlənilən aqibətlərinin (üst üç illüstrasiya) hamısı maddə və enerjinin ilkin genişlənmə sürətinə qarşı mübarizə apardığı bir Kainata uyğundur. Bizim müşahidə etdiyimiz Kainatda, indiyə qədər izah olunmamış bir növ qaranlıq enerji tərəfindən kosmik sürətlənməyə səbəb olur. Bütün bu Kainatlar Fridman tənlikləri ilə idarə olunur ki, bu tənliklər Kainatın genişlənməsini onun daxilində mövcud olan müxtəlif maddə və enerji növləri ilə əlaqələndirir. Kosmik tədqiqatların əsas məqsədlərindən biri də budur.

Kainatın uzaq gələcək aqibətləri bir sıra imkanlar təklif edir, lakin məlumatların ən yaxşı göstərdiyi kimi, qaranlıq enerji həqiqətən sabitdirsə, o, qırmızı əyri üzrə hərəkət etməyə davam edəcək və Kainatın sonunda istilik ölümü ssenarisinə gətirib çıxaracaq. Lakin qaranlıq enerji zamanla güclənə, zəifləyə və ya əlamətini dəyişə bilərsə, bütün proqnozlar alt-üst olur və Böyük Sıxılma və ya Böyük Yırtılma kimi alternativ imkanlar yaranır.

24 saat