通过看不见的事物来探索宇宙的基本奥秘

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聚焦科学:迈克尔·特罗克塞尔一直喜欢谜题,尤其是具有挑战性的。这是幸运的,因为他的工作是解决一些最令人困惑的,宇宙的基本奥秘。在中学的某个时候,我问自己,我所能尝试的最困难的

通过看不见的事物来探索宇宙的基本奥秘

迈克尔·特罗克塞尔一直喜欢谜题,尤其是具有挑战性的。这是幸运的,因为他的工作是解决一些最令人困惑的,宇宙的基本奥秘。

在中学的某个时候,我问自己,我所能尝试的最困难的事情是什么?他说。那时候我最懂的东西就是天体物理学,所以我想那可能是我选择这个职业的第一个动机,如果我诚实的话。但那是在我明白它的真正含义之前。

作为一名宇宙学家和物理系的助理教授,特罗克塞尔在过去的两年里一直担任暗能量调查的宇宙学分析协调员,这是一个有500名科学家参与的国际合作项目,他们分析了大约4亿个天体的庞大数据集。我认为这是宇宙学中进行过的最复杂、最困难的分析之一,只有在我几十位同事的贡献和领导下才有可能,Troxel博士说。该成果将涵盖约30篇已发表的研究论文,由200多名贡献科学家撰写。

今天,为了表彰他在该领域的贡献,特罗克塞尔通过能源部早期职业研究计划获得了一项奖励。成立的目的是为了支持国家的科学队伍,在许多科学家从事其最具形成性的工作的关键早期为杰出的研究人员提供支持,该项目将在2020年支持76名科学家。这是一个值得欢迎的证明,证明我花在这个项目上的时间是值得的。Troxel博士说。它也将给我的研究小组资源来解决我们在宇宙学中面临的一些最困难的问题。

奖提供五年为一个特定项目的资金,主要将部分用于支持他在暗能量的继任者的工作调查:研究使用维拉·c·鲁宾天文台遗留的调查时间和空间(口径),计划于2023年开始运营,在暗能量的科学协作(DESC)。该望远镜位于智利的Cerro Pachon,是未来十年将投入使用的三个最先进的大型望远镜之一,包括特克塞尔团队也与之合作的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。鲁宾和罗曼会做很多和暗能量调查相同的事情,但会做得好10倍,Troxel博士说。

通过看不见的事物来探索宇宙的基本奥秘

在某种程度上,所有这些研究都集中在两个最迫切需要解决的宇宙之谜上:暗物质和暗能量。它们是宇宙的碎片,我们还不了解它们的存在。Troxel博士说。令人有点害怕的是,它们似乎占了宇宙的95%。

第一种是暗物质,它很难研究,因为科学家还没有见到它,它不像普通物质那样与光相互作用。但暗物质确实与引力相互作用,目前的天体物理模型已经非常成功地预测了宇宙的演化,该模型表明,暗物质的数量是我们所能看到的物质的五倍。

特罗克塞尔专门研究引力透镜,也就是引力如何使光的路径弯曲,使遥远星系的图像扭曲。通过从鲁宾和罗曼等天文台拍摄大尺度的宇宙图像并分析这些扭曲,他可以绘制出暗物质的位置。通过暗能量调查,特罗克塞尔和其他人已经为大约八分之一的天空绘制了这样的地图。鲁宾将允许他们绘制整个南半球的地图。

另一个神秘的现象是暗能量,它与宇宙的膨胀有关。自从大爆炸以来,宇宙中所有的宇宙物体都在相互远离。直到最近几十年,科学家们还普遍认为这些物体会因为引力的作用而减速。但相反的情况正在发生。

我们观察到的是,所有的物体都在加速,彼此加速远离,而不是减速。Troxel博士说。这就像把一个球抛向空中,它非但没有掉下来,反而开始越来越快地向上飞。

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由于这种加速度是通过大质量物体的引力而无法解释的,科学家们已经得出结论,一定有另一种力量或宇宙的组成部分在起作用。事实上,宇宙的另一个组成部分占了宇宙动力的70%,Troxel博士说。但通过引力透镜,特罗克塞尔和他的同事们可以利用鲁宾望远镜和其他望远镜的数据来进一步了解它。

特罗克塞尔说,有了能源部奖金的资助,他就可以雇佣另一名研究生和博士后来支持杜克大学的宇宙学研究,其中还包括丹·斯科拉尼克教授和克里斯·沃尔特教授,从而扩大了系里最近对该领域的关注。对学生来说,其中一个好处是他们将有机会在Rubin开始试运行时参观智利天文台。

对特罗克塞尔最有意义的就是这些支持未来科学家的机会。作为第一代学生,特罗克塞尔把他现在的成功归功于那些支持他事业的人。我走到现在的这条路并不容易,我能做到这一点多亏了我的老师和导师的支持。他说。

但他也希望能吸引更多不同类型的学生进入宇宙学领域。就在上周,美国最高法院对《宪法修正案》第七章做出裁决,这是我一生中第一次在全国范围内受到保护,不会因为我的身份而被解雇。特罗克塞尔说,他是LGBTQ。

现代物理学和宇宙学的故事一直在改变我们的视角,用一种新的视角来看待物理世界,从而使我们对世界是如何运行的有了基本的新认识,他补充说。物理学和宇宙学受益于新的和多样化的观点,但我们必须确保该领域配得上这些新的声音。作为杜克大学的一名教师,我最值得做的就是帮助确保下一代不同的声音被听到并得到支持,当他们发现自己的道路,与宇宙的奥秘斗争时。


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