Hvis du gikk 30 år tilbake, ville verden være helt annerledes. De eneste kjente planetene var planetene i solsystemet. Vi ante ikke hva mørk energi var. Det var ingen romteleskoper. Gravitasjonsbølger var en uprøvd teori. Vi hadde ennå ikke oppdaget alle kvarkene og leptonene, ingen visste om Higgs boson eksisterte. Vi visste ikke engang hvor raskt universet ekspanderte. I 2018, en generasjon senere, utdypet vi kunnskapen vår i disse spørsmålene betydelig, og gjorde også helt uventede funn. Hva blir det neste?
Hva planlegger forskerne å gjøre videre?
Stor galakse klynge Abell 2744 og dens effekt av gravitasjonslinser mot bakgrunnen til galakser, i samsvar med Einsteins teori om generell relativitet, som strekker og forsterker lyset fra det fjerne universet, slik at vi kan se de fjerneste objektene.
Hele verden måtte jobbe for denne revolusjonen. Teleskoper, observatorier, partikkelakseleratorer, nøytrino detektorer og gravitasjonsbølgeforsøk finnes over hele verden, på alle syv kontinenter, og til og med i verdensrommet. IceCube på Sydpolen, Hubble, Herschel og Kepler i verdensrommet, LIGO og VIRGO på jakt etter gravitasjonsbølger, LHC og CERN - alle disse funnene ble gjort mulig gjennom arbeid av tusenvis av forskere, ingeniører, studenter og borgere som utrettelig unravel hemmeligheter Universet. Med alt dette er det viktig å innse hvor langt vi har kommet: vi forstår universet bedre enn noen person fra forrige generasjon, fra Newton og Einstein til Feynman. De kunne bare drømme om dette. Hva blir det neste?
Etter oppgraderingen av LHC-magneten ble lanseringsenergiene nesten doblet. Fremtidige oppgraderinger vil øke antall påkjørsler per sekund og gjøre det mulig å hente enda mer data.
Partikkelfysikk
Salgsfremmende video:
I løpet av de siste årene har vi oppdaget Higgs boson, neutrino-massivitet og T-symmetri som bryter. LHC og CERN er i full gang med å samle inn data med høye energier. I mellomtiden måler IceCube og Pierre Auger-observatoriet nøytrinoer, inkludert høyenergi og kosmiske nøytrinoer, som aldri før. Fremtidige neutrinoobservatorier som IceCube Gen2 (med en tidoblet økning i kollisjonsvolum) og ANTARES (en detektor med ti millioner tonn sjøvann) gjør at vi vil se en tidoblet økning i mengden data som er oppnådd i disse eksperimentene og til slutt se nøytrinoer fra nytt svin eller sammenslåing av nøytronstjerner.
IceCube Observatory, det første i sitt slag nøytrinoobservatorium, designet for å observere unnvikende høyenergipartikler fra under Antarktisisen.
Ikke undervurder viktigheten av oppgraderinger for pågående eksperimentering. Spesielt LHC samlet bare 2% av dataene den skulle samle i løpet av sin levetid. I mellomtiden er det mulig å lage nye eksperimentelle fasiliteter som International Linear Collider, neste generasjons protoncollider, eller til og med (hvis teknologier dukker opp) den relativistiske muoncollideren, som vil tillate oss å nå nye grenser for å forstå fysikken til grunnleggende partikler. En fantastisk tid å leve.
Flyfoto av VIRGO gravitasjonsbølgedetektor lokalisert nær Pisa, Italia. JENTE - det er et gigantisk Michelson laserinterferometer med 3 km armer, supplert med to 4 km LIGO detektorer.
Gravitasjonsbølger
Etter flere tiår med arbeid med mange komponenter, er ikke bare gravitasjonsbølges astronomien kommet, men fortsetter vellykket. For øyeblikket har observasjonsorganene LIGO og VIRGO oppdaget totalt fem sorte fusjoner og en fusjon med nøytronstjerner, med noen oppdateringer som lovet å være enda mer følsomme. Dette betyr at neste gang de jobber, vil de kunne plukke opp enda mer subtile og fjerne signaler. I de kommende årene vil KAGRA- og LIGO-detektorene være i drift i India, og åpne for muligheten for enda mer nøyaktige gravitasjonsbølgemålinger. Supernova-gravitasjonsbølger, blinkende pulsar, binære stjernesammenslåinger og til og med nøytronstjernerabsorpsjon av svarte hull kan også være i horisonten.
LISA gjennom øynene til en kunstner.
Imidlertid er det ikke bare LIGO som leter etter gravitasjonsbølger! På 2030-tallet vil LISA (Laser Interferometer Space Antenna) bli lansert, noe som vil gi oss muligheten til å finne gravitasjonsbølgene til supermassive sorte hull, samt bølger av objekter med lav frekvens. I motsetning til LIGO, vil LISA-signaler tillate oss å forutsi når og hvor sammenslåing vil oppstå, slik at våre optiske teleskoper er klare til å fange en så stor begivenhet. Målinger av polarisering av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen vil tillate identifisering av gjenværende gravitasjonsbølger etter inflasjon, så vel som andre signaler om gravitasjonsbølger som har samlet seg i milliarder av år. Dette er et helt nytt område av vitenskapelig forskning.
Hubble Ultra Deep Field, som inneholder 10.000 galakser, hvorav noen er klumpet og sammenkrøllet, er den dypeste utsikten over universet vi har, og viser dets utrolige omfang fra de nærmeste strukturer til de hvis lys har kommet til oss i over 13 milliarder år. Og dette er bare begynnelsen.
Astronomi og astrofysikk
Hvor begynner alt nytt innen astronomi? Som om løpsoppdragene våre ikke var spektakulære nok. Bakke, luft, romeksperimenter blir kontinuerlig oppdatert, supplert med nye, kraftigere verktøy; vi lanserer nye oppdrag i verdensrommet. Nylig lanserte oppdrag som Swift, NuSTAR, NICER og CREAM vil åpne et nytt vindu for oss å gjøre alt fra energiske kosmiske stråler til innvollene til nøytronstjerner. HIRMES-instrumentet, på grunn av seil ombord på SOFIA neste år, vil vise oss hvordan platene til protostar blir til oppblåste, lubben stjerner. TESS, som lanseres senere i år, vil søke etter potensielle beboelige planeter i jordstørrelse nær de lyseste og nærmeste stjernene på himmelen.
I 2020 lanseres IXPE-instrumentet, som lar oss måle røntgenstråler og deres polarisering, og gir oss ny informasjon om kosmiske røntgenstråler og de tetteste, mest massive objektene (som supermassive sorte hull) i universet. GUSTO ble lansert i en varm luftballong over Arktis, og lar oss studere Melkeveien og det interstellare mediet, fortelle oss om fasene i en stjerners liv, fra fødsel til død. XARM og ATHENA bør revolusjonere røntgenastronomi ved å fortelle oss om dannelsen av strukturer, bekker som kommer ut fra det galaktiske sentrum, og ytterligere kaste lys over mørk materie. I mellomtiden vil EUCLID gi oss målinger av det fjerne universet og vil tillate oss å se tusenvis av supernovaer.
Og alt dette uten å snakke om store NASA-oppdrag som James Webb Space Telescope, WFIRST eller fire kandidater til NASAs hovedoppdrag i 2030. Bestem hvilken av de potensielt bebodde verdenene som har en atmosfære og måle innholdet; bestemme hvilke byggesteiner i livet som er til stede i molekylære skyer og finne de fjerneste galakser; Å finne de aller første stjernene som er opprettet fra Big Bang-gass for å studere deres dannelse og vekst - alle disse oppdragene kan bidra til å svare på de viktigste filosofiske spørsmålene om hvor universet vårt kom fra og hvorfor det er som det er.
Samtidig bygges massive teleskoper på bakken. Large Synoptic Survey Telescope vil kombinere ambisjonene fra SDSS og Pan-STARRS for å gjøre teleskopene sine 20 ganger kraftigere. The Square Kilometer Array lover radioastronomer å oppdage tusenvis av nye sorte hull, og kanskje til og med kilder vi ennå ikke kjenner. Vi bygger også 30-meters teleskoper som GMT og ELT som kan samle 100 ganger mer lys enn Hubble. Universets hemmeligheter er i ferd med å bli avslørt for oss.
Dette er selvfølgelig bare toppen av isfjellet. Hvert vitenskapelig område, hvert underområde har sin egen serie med interessante eksperimenter og forslag, og selv denne listen som presenteres her er langt fra omfattende, inkluderer ikke engang planetariske vitenskapelige oppdrag. Og selv om romfartsbyråer opplever finansieringsvansker, jobber tusenvis og tusenvis av mennesker med disse oppdragene - de planlegger, designer, bygger og utfører dem og analyserer deretter resultatene. Når du leter etter den grunnleggende sannheten om universet, prøver du å svare på disse spørsmålene:
- Hva er universet laget av?
- Hvordan ble alt rundt deg slik det ble?
- Er det liv i universet foruten oss?
- Hva blir den endelige skjebnen til alt?
Som NASAs Thomas Zarbukhen sa om nåværende og fremtidige oppdrag som Hubble, James Webb, WFIRST og andre: “Gjennom disse flaggskipoppdragene forstår vi hvorfor vi utforsker universet. Dette er vitenskap i en sivilisert skala. Hvis vi ikke gjorde dette, ville vi ikke være NASA."
Og ikke bare NASA, men nasjonale og internasjonale organisasjoner som jobber sammen, lar oss søke svar på spørsmål som vi ikke en gang kunne stille en generasjon siden. Når universets hemmeligheter blir avslørt, reiser de dypere og mer grunnleggende spørsmål om vår opprinnelse, komposisjon og skjebne. Dette er den beste tiden å oppdage, fordi universet bare blir lysere.
Ilya Khel
