Vad kan vi lära oss av galaxer långt långt borta?

I ett roligt och spännande föredrag tittar tonåringen Henry Lin närmare på något oväntat på himlen: avlägsna galaxhopar. Genom att studera egenskaperna hos universums största delar säger Intel Science Fair-pristagaren att vi kan lära oss en hel del om vetenskapliga mysterier i vår egen värld och galax.

Här är några bilder av galaxhopar.

De är exakt vad de låter som.

De är enorma samlingar av galaxer,

sammanbundna av sin gemensamma tyngdkraft.

Så de flesta av de ljuspunkter
som du ser på skärmen

är inte enskilda stjärnor,

utan samlingar av stjärnor, eller galaxer.

Genom att visa dig några av dessa bilder

hoppas jag att du snabbt kommer inse

att galaxhopar är vackra föremål.

Men utöver det

anser jag att galaxhopar är mystiska,

de är överraskande,

och de är användbara.

Användbara som universums
största laboratorier.

Och att beskriva galaxhopar

är att beskriva experimenten

som man kan göra med dem.

Och jag tror att det finns
fyra huvudsakliga typer av experiment,

och den första typen som jag vill beskriva

är att undersöka det mycket stora.

Så, hur stort?

Jo, här är en bild av en viss galaxhop.

Den är så massiv att ljuset
som passerar igenom den böjs,

det blir förvrängt

av den extrema gravitationen i klustret.

Och faktiskt, om du tittar noga

kommer du att kunna se
ringar runt det här klustret.

För att ge er lite siffror:

Denna särskilda galaxhop,

har en massa på över
en miljon miljard solar.

Det är häpnadsväckande
hur stora dessa system kan bli.

Men utöver deras massa,

så har de en extra egenskap:

att de i huvudsak är isolerade system.

Så om vi vill, kan vi tänka på dem

som en nedskalad version
av hela universum.

Och många av de frågor som vi kan ha

om universum i det stora perspektivet -

såsom: hur fungerar gravitation? -

kan besvaras genom
att studera dessa system.

Så det var det mycket stora.

Den andra saken är det mycket varma.

Så, om jag tar en bild av en galaxhop,

och jag tar bort allt stjärnljus,

får jag kvar den här stora blåa fläcken.

Den här har fel färg.

Det är faktiskt röntgenljus som vi ser.

Och frågan är: om det inte är galaxerna,

vad avger detta ljus?

Svaret är varm gas,

miljoner grader varm gas,

i själva verket är det plasma.

Anledningen till varför det är så varmt

beror på det som nämndes på förra bilden.

Den extrema gravitationen i dessa system

accelererar partiklar av gas
till höga hastigheter,

och höga hastigheter
innebär höga temperaturer.

Så detta är den huvudsakliga förklaringen,

men vetenskapen är ett utkast.

Det finns många grundläggande egenskaper

hos denna plasma

som fortfarande förvirrar oss,

fortfarande förvånar oss,

och samtidigt driver vår förståelse

av fysiken bakom det mycket varma framåt.

Den tredje saken: undersöka det lilla.

För att förklara detta
måste jag först berätta

ett mycket oroande faktum.

De mesta av universums materia

består inte av atomer.

Folk har ljugit för dig. (Skratt)

Det mesta består av något
mycket, mycket mystiskt,

som vi kallar mörk materia.

Mörk materia är något som inte gillar
att samverka särskilt mycket,

förutom genom gravitation.

Naturligtvis vill vi veta mer om den.

Om man är partikelfysiker

vill man veta vad som händer
när vi slår ihop saker.

Och mörk materia är inget undantag.

Hur gör vi då detta?

För att besvara den frågan

kommer jag ställa en annan fråga:

Vad händer när galaxhopar kolliderar?

Här är en bild.

Eftersom galaxhopar
är representativa skivor av universum

i nedskalade versioner,

består de mest av mörk materia,

och det är vad du ser
i den här blåaktiga, lila fläcken.

Det röda representerar den heta gasen,

och naturligtvis kan du se många galaxer.

Det som har hänt kan beskrivas
som en partikelaccelerator

i mycket stor skala.

Detta är mycket viktigt,

för vad det innebär är
att mycket, mycket små effekter

som kan vara svåra att upptäcka i labbet,

kan sättas ihop och sättas ihop

till något som vi möjligen
kan observera i naturen.

Det är roligt:

Anledningen till varför galaxhopar

kan lära oss om mörk materia,

anledningen till varför galaxhopar

kan lära oss om fysiken om det lilla,

är just eftersom de är så väldigt stora.

Den fjärde saken:
fysiken hos det mycket märkliga.

Av det jag sagt hittills
är det mesta helt galet.

Och finns det något som är ännu konstigare

så måste det vara mörk energi.

Om jag kastar upp en boll i luften,

så förväntar jag mig
att den skall flyga upp.

Vad jag inte förväntar mig är att den

fortsätter flyga upp
snabbare och snabbare.

På samma sätt förstår kosmologer

varför universum expanderar.

De förstår inte varför det växer

i en snabbare och snabbare takt.

De ger orsaken till denna

accelererade expansion ett namn,

och de kallar den mörk energi.

Vi vill såklart veta mer om den.

Så en viss fråga som vi har är:

Hur påverkar mörk energi universum

i det stora perspektivet?

Beroende på hur stark den är,

skapas strukturer kanske snabbare
eller långsammare.

Problemet med den stora strukturen

hos universum är att den
är fruktansvärt komplicerad.

Här är en datorsimulering.

Och vi behöver ett sätt att förenkla den.

Jag brukar tänka på detta
med hjälp av en analogi.

Om jag vill förstå hur Titanic förliste

så är det viktigaste inte

att simulera positioner

av varenda liten bit
av båten som bröts sönder.

Det viktigaste att göra är

att spåra de två största delarna.

På samma sätt kan jag lära mig mycket

om universum i det stora perspektivet

genom att spåra dess största bitar

och de största bitarna är galaxhopar.

Så när jag närmar mig slutet,

så känner du dig kanske lite lurad.

Jag menar, jag började med att tala om

hur galaxhopar är användbara,

och jag har gett vissa skäl,

men vad är deras
verkliga användningsområde?

För att svara på detta,

vill jag ge er ett citat av Henry Ford,

när han tillfrågades om bilar.

Han sa så här:

"Om jag hade frågat folk vad de ville ha,

så skulle de ha sagt snabbare hästar."

I dag ställs vi som samhälle

inför många, många svåra problem.

Och lösningarna på dessa problem
är inte självklara.

De är inte snabbare hästar.

De kommer att kräva en enorm mängd

vetenskaplig påhittighet.

Så ja, vi behöver fokusera.

Ja, vi måste koncentrera oss.

Men vi måste också komma ihåg

att innovation, påhittighet, inspiration,

dessa saker kommer

när vi breddar vårt synfält,

när vi tar ett steg tillbaka,

när vi zoomar ut.

Och jag kan inte tänka mig
ett bättre sätt att göra detta än

genom att studera universum omkring oss.

Tack.

(Applåder)