Selama berabad-abad, kami dengan angkuh percaya bahwa kami telah menemukan hampir semua jawaban atas pertanyaan kami yang terdalam. Para ilmuwan mengira mekanika Newton menjelaskan segalanya sampai mereka menemukan sifat gelombang cahaya. Fisikawan mengira bahwa ketika Maxwell menyatukan elektromagnetisme, itu adalah garis finis, tetapi kemudian relativitas dan mekanika kuantum muncul. Banyak yang mengira sifat materi benar-benar jelas ketika kami menemukan proton, neutron, dan elektron, tetapi kemudian kami menemukan partikel berenergi tinggi. Hanya dalam 25 tahun, lima penemuan luar biasa telah mengubah pemahaman kita tentang alam semesta, dan masing-masing menjanjikan revolusi besar. Kita hidup di saat yang menakjubkan: kita memiliki kesempatan untuk melihat ke kedalaman misteri segala hal.
Massa neutrino
Ketika kami mulai menghitung di atas kertas, neutrino yang datang dari Matahari, kami mendapatkan angka berdasarkan fusi yang pasti terjadi di dalam. Tetapi ketika kami benar-benar mulai menghitung neutrino yang datang dari Matahari, kami hanya melihat sepertiga dari yang diharapkan. Mengapa? Jawabannya baru muncul baru-baru ini ketika kombinasi pengukuran neutrino matahari dan atmosfer menunjukkan bahwa mereka dapat berosilasi dari satu jenis ke jenis lainnya. Karena mereka punya massa.
Apa artinya ini untuk astrofisika. Neutrino adalah partikel masif paling melimpah di Alam Semesta: ada satu miliar kali lebih banyak daripada elektron. Jika mereka memiliki massa, maka:
- mereka membentuk sebagian kecil dari materi gelap, - jatuh ke dalam struktur galaksi,
Video promosi:
- mungkin membentuk keadaan astrofisika aneh yang dikenal sebagai kondensat fermion, - mungkin berhubungan dengan energi gelap.
Jika neutrino memiliki massa, mereka juga bisa menjadi partikel Majorana (bukan partikel tipe Dirac yang lebih umum), memberikan jenis peluruhan nuklir baru. Mereka mungkin juga memiliki saudara kidal yang sangat kuat yang dapat menjelaskan materi gelap. Neutrino juga membawa sebagian besar energi dalam supernova, bertanggung jawab untuk mendinginkan bintang neutron, mempengaruhi sisa cahaya dari Big Bang (CMB), dan merupakan bagian penting dari kosmologi dan astrofisika modern.
Semesta yang Mempercepat
Jika Alam Semesta dimulai dengan Big Bang yang panas, alam semesta akan memiliki dua sifat penting: laju ekspansi awal dan kepadatan materi / radiasi / energi awal. Jika kepadatannya terlalu besar, alam semesta akan bersatu kembali; jika terlalu kecil, alam semesta akan mengembang selamanya. Namun di alam semesta kita, kepadatan dan ekspansi tidak hanya seimbang sempurna, tetapi sebagian kecil dari energi ini datang dalam bentuk energi gelap, yang berarti bahwa alam semesta kita mulai berkembang pesat setelah 8 miliar tahun dan terus berlanjut dalam semangat yang sama sejak saat itu.
Apa artinya ini untuk astrofisika. Untuk pertama kalinya dalam sejarah umat manusia, kami dapat belajar sedikit tentang nasib alam semesta. Semua benda yang tidak terhubung secara gravitasi satu sama lain pada akhirnya akan menyebar, yang berarti bahwa segala sesuatu di luar kelompok lokal kita suatu hari akan terbang. Tapi apa sifat energi gelap? Apakah ini benar-benar konstanta kosmologis? Apakah ini terkait dengan ruang hampa kuantum? Mungkinkah itu bidang yang kekuatannya berubah seiring waktu? Misi masa depan seperti Euclid ESA, WFIRST NASA, dan teleskop 30 meter baru akan memungkinkan pengukuran energi gelap yang lebih akurat dan memungkinkan kita untuk secara akurat menggambarkan bagaimana alam semesta berakselerasi. Lagi pula, jika percepatannya meningkat, Semesta akan berakhir dengan Rip Besar; jika jatuh, dengan Kompresi Besar. Nasib seluruh alam semesta dipertaruhkan.
Exoplanet
Satu generasi yang lalu, kami mengira ada planet di dekat sistem bintang lain, tetapi kami tidak memiliki bukti untuk mendukung tesis ini. Saat ini, sebagian besar berkat misi Kepler NASA, kami telah menemukan dan menguji ribuan di antaranya. Banyak tata surya berbeda dari kita: beberapa berisi super-Earth atau mini-Neptunes; beberapa berisi raksasa gas di bagian dalam tata surya; sebagian besar berisi dunia seukuran Bumi pada jarak yang tepat dari bintang katai merah kecil, redup, agar air dalam bentuk cair ada di permukaan. Namun masih banyak yang harus dilihat.
Apa artinya ini untuk astrofisika. Untuk pertama kalinya dalam sejarah, kami telah menemukan dunia yang bisa menjadi kandidat potensial untuk kehidupan. Kami semakin dekat dari sebelumnya untuk mendeteksi tanda-tanda kehidupan alien di alam semesta. Dan banyak dari dunia ini mungkin suatu saat akan menjadi rumah bagi koloni manusia jika kita memilih untuk mengambil jalan ini. Pada abad ke-21, kita akan mulai mengeksplorasi kemungkinan-kemungkinan ini: mengukur atmosfer dunia-dunia ini dan mencari tanda-tanda kehidupan, mengirim probe luar angkasa dengan kecepatan yang signifikan, menganalisis kemiripannya dengan Bumi dalam hal fitur-fitur seperti lautan dan benua, tutupan awan, kandungan oksigen di atmosfer, waktu di tahun ini. Tidak pernah dalam sejarah alam semesta ada momen yang lebih cocok untuk ini.
Higgs boson
Penemuan partikel Higgs pada awal 2010-an akhirnya melengkapi Model Standar partikel elementer. Higgs boson memiliki massa sekitar 126 GeV / s2, meluruh setelah 10-24 detik dan meluruh persis seperti yang diprediksi oleh Model Standar. Tidak ada tanda-tanda fisika baru di luar Model Standar dalam perilaku partikel ini, dan itu masalah besar.
Apa artinya ini untuk astrofisika. Mengapa massa Higgs jauh lebih kecil daripada massa Planck? Pertanyaan ini dapat dirumuskan dengan berbagai cara: mengapa gaya gravitasi lebih lemah dari gaya lainnya? Ada banyak solusi yang mungkin: supersimetri, dimensi ekstra, eksitasi fundamental (solusi konformal), Higgs sebagai partikel komposit (teknikwarna), dll. Namun sejauh ini solusi ini tidak memiliki bukti, dan apakah kita sudah mencermati dengan cukup cermat?
Pada tingkat tertentu, pasti ada sesuatu yang secara fundamental baru: partikel baru, medan baru, gaya baru, dll. Semuanya menurut sifatnya akan memiliki konsekuensi astrofisika dan kosmologis, dan semua efek ini bergantung pada modelnya. Jika fisika partikel, misalnya di LHC, tidak memberikan petunjuk baru, mungkin astrofisika akan memberikan petunjuk baru. Apa yang terjadi pada energi tertinggi dan jarak terpendek? Ledakan Dahsyat - dan sinar kosmik - memberi kita energi tertinggi daripada yang dapat dimiliki oleh akselerator partikel terkuat kita. Kunci berikutnya untuk memecahkan salah satu masalah terbesar dalam fisika mungkin datang dari luar angkasa, bukan di Bumi.
Gelombang gravitasi
Selama 101 tahun, ini telah menjadi cawan suci astrofisika: pencarian bukti langsung dari prediksi terbesar Einstein yang belum terbukti. Saat Advanced LIGO online pada tahun 2015, ia mampu mencapai kepekaan yang diperlukan untuk mendeteksi riak di ruangwaktu dari sumber panjang gelombang terpendek gelombang gravitasi di alam semesta: melingkar dan menyatukan lubang hitam. Dengan dua deteksi yang dikonfirmasi di bawah ikat pinggangnya (dan berapa banyak lagi yang akan terjadi), Advanced LIGO telah mengubah astronomi gelombang gravitasi dari fantasi menjadi kenyataan.
Apa artinya ini untuk astrofisika. Semua astronomi hingga sekarang bergantung pada cahaya, dari sinar gamma hingga spektrum tampak, gelombang mikro, dan frekuensi radio. Tetapi mendeteksi riak di ruangwaktu adalah cara yang sama sekali baru untuk mempelajari fenomena astrofisika di alam semesta. Dengan detektor yang tepat dengan kepekaan yang tepat, kita dapat melihat:
- menggabungkan bintang-bintang neutron (dan mencari tahu apakah mereka menciptakan ledakan sinar gamma);
- penggabungan katai putih (dan kami mengasosiasikan supernova tipe Ia dengan mereka);
- lubang hitam supermasif melahap massa lain;
- tanda gelombang gravitasi supernova;
- tanda tangan pulsar;
- tanda gelombang gravitasi sisa dari kelahiran Semesta, mungkin.
Sekarang astronomi gelombang gravitasi berada di awal perkembangan, hampir tidak menjadi bidang yang terbukti. Langkah selanjutnya adalah meningkatkan rentang sensitivitas dan frekuensi, serta membandingkan apa yang terlihat di langit gravitasi dengan langit optik. Masa depan akan datang.
Dan kami tidak sedang membicarakan teka-teki hebat lainnya. Ada materi gelap: lebih dari 80% massa Semesta sama sekali tidak terlihat oleh materi ringan dan materi biasa (atom). Ada masalah baryogenesis: mengapa alam semesta kita penuh dengan materi dan bukan antimateri, meskipun setiap reaksi yang pernah kita amati sepenuhnya simetris dalam materi dan antimateri. Ada paradoks lubang hitam, inflasi kosmik, dan teori gravitasi quantum yang berhasil belum dibuat.
Selalu ada godaan untuk percaya bahwa hari-hari terbaik kita telah berlalu, dan bahwa penemuan paling penting dan revolusioner telah dibuat. Tetapi jika kita ingin memahami pertanyaan terbesar dari semuanya - darimana Semesta berasal, terdiri dari apa, bagaimana ia muncul dan ke mana arahnya, bagaimana itu akan berakhir - kita masih memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Dengan ukuran, jangkauan, dan sensitivitas teleskop yang belum pernah ada sebelumnya, kita dapat belajar lebih banyak dari yang pernah kita ketahui. Kemenangan tidak pernah dijamin, tetapi setiap langkah yang kita ambil membawa kita selangkah lebih dekat ke tujuan kita. Tidak masalah kemana perjalanan ini membawa kita, yang utama adalah itu akan luar biasa.
