우주의 Terra Incognita를 매핑하는 천체 물리학 자

Priyamvada Natarajan은 우주의 보이지 않는 내용을 매핑하려는 노력의 리더입니다. 모든 물건의 95 %는 Dark Matter와 Dark Energy라는 신비 롭고 비 말단 형태를 취합니다. 별과 가스가 은하의 중심에있는 가간 투안 블랙홀로 넘어짐에 따라 5 %조차도 눈에 띄지 않게됩니다.

Yale University의 이론적 천체 물리학 자이자 교수 인 Natarajan은 어두운 물질이 뭉친 곳과 어두운 에너지가 공간을 확장하는 방법의지도를 만듭니다. 그녀는 또한 초대형 블랙홀의 성장을 모델링하고 초기 우주에서 그들의 형성 이론을 개발하는 데 도움이되었습니다. 가까운 시일 내에 망원경 관찰에 의해 테스트 될 이론

Natarajan은 최근 뉴 헤이븐에있는 사무실에서 인터뷰에서 알려진 내용과 알려지지 않은 것을 인코딩하기 때문에지도에 끌 렸다고 말했다. “이 심연은 당신이 알지 못하는 것입니다. 그것은 또한지도에 기록되어 있습니다. 그들은‘테라 시크니 타 (Terra Incognita)’라고 말합니다.

그녀는 1990 년대 케임브리지 대학교에서 학생 시절부터 현대 우주론의 테라 시크릿, 특히 암흑 물질과 초대적인 블랙홀을지도하고 모델링 해 왔습니다. 그 추구에서 선구적인 역할을 한 후, 그녀는 20 대 후반 예일에서 교수직을 맡았으며 그 이후로 그곳에 기반을 두었습니다. 그녀는 또한 코펜하겐 대학교의 교수이며 델리 대학교의 명예 교수입니다. Royal Astronomical Society, American Physical Society 및 The Explorer 's Club의 회원 및 출판 된 시인 인 Natarajan

우리는 그녀의 예일 사무실에서 3 시간 동안 그녀를“메이저, 메이저 사랑”이라고 부르는 추상 예술과 같은 추상 예술의 번식으로 둘러싸여있었습니다. 우리 대화의 편집 및 응축 버전이 다음과 같습니다.

2017 년 책, 하늘 매핑 , 우주를 고대에서 현대까지 매핑하려는 퀘스트를 설명합니다. 나는 당신의 길을지도로 시작한 것을 모았습니다.

예. 나는 인도에서 자랐습니다. 부모님은 학계이므로 책을 중심으로 자랐습니다. 나는 과학과 수학을 좋아했습니다. 그러나 나는 또한 역사, 글쓰기,시, 예술에 관심이있었습니다. 부모님은 나에게 큰 차이를 만든 장점을 제공하셨습니다. 아빠는 인도에있는 사람들이 개인용 컴퓨터가 무엇인지 알기 전에 코모도 64를 구입했습니다. 부모님은 또한 저에게 망원경과 현미경을 주셨습니다. 나는 망원경을 골랐다. 나는 아마추어 천문학 클럽의 일원이었고, 15 살 때 천체 물리학자인 Nirupama Raghavan 인 Nehru Planetarium의 감독이 우리와 대화를 나누었습니다. 나는 그녀에게 컴퓨터가 있다고 말하고 그녀의 연구에 도움을 줄 수 있는지 물었다. 그래서 그녀는“무엇에 관심이 있습니까?”라고 말했습니다. 내가 항상 미쳤던 것은지도입니다. 천상의, 지상, 모든 종류의지도.

그래서 그녀는“인도 천문학 협회가 제작 한 매월 신문에서 볼 수있는 스카이 맵을 계획하는 프로그램을 쓰지 않는 이유는 무엇입니까?” 그래서 나는 집에 갔다. 정말 어려운 문제였습니다. 그녀는 나중에 나에게 내가 돌아올 것이라고 생각하지 않았다고 말했다. 나는 나 자신에게 구형 기하학을 가르쳐야했다. 나는 미친 듯이 일했다. 6 주 후, 나는 그것을 알아 냈습니다. 내 프로그램이 작동했습니다. 그래서 나는 그녀를 보러 갔다. 나는 그녀에게 내가 만든 하늘지도를 보여 주었고 기본적으로 그녀의 턱이 떨어졌다. 그런 다음 그녀는 이렇게 말했습니다.“좋아요, 이것은 매우 인상적이지만 보스턴에 가서 공부하고 별과 행성을보고 싶다면 어떻게해야합니까?” 나는 이렇게 말했습니다.“오, 나는 그것을 분류했습니다. 내가 프로그램을 작성하는 방식은 지구상의 어느 곳에서나 위도와 경도를 넣을 수 있다는 것입니다.” 그 시점에서 그녀는 전환 순간이있었습니다. 그녀는 나를 엄청나게지지 해졌다. 나는 그녀를 위해 계산할 것입니다. 그래서 나는 첫 번째 연구 맛을 얻었습니다.

당신은 MIT에 장학금을 받았습니다. 공부하고 싶은 것이 무엇인지 알고 있습니까?

나는 물리학자가되고 싶었습니다. 그러나 나는 어느 지역을 확신하지 못했습니다. 나는 학부생이 될 때까지 물리학 분야의 모든 대학원 과정을 마쳤으며 수학 전공도 마찬가지였습니다. 그래서 저는 그 시점에서 연구를 할 준비가되었습니다. 나는 초기 우주의 열역학에 관한 Alan Guth와 함께 일하기 시작했습니다. 나는 아마도 입자 물리학을 생각하고있었습니다. 현실 세계와 연결하고 싶었 기 때문에 문자열 이론을하고 싶지 않았습니다. 그래서 나는 물리학 대학원에 신청했지만 결정되지 않았기 때문에 연기했습니다.

그런 다음 박사 학위를 시작했습니다. 과학 철학에서 물리학과 함께 추구하고 싶었습니다. 왜?

나는 최첨단 과학을하고 과학의 과정에 대해 깊이 생각하는 사람이되고 싶었습니다. 나는 내부자이자 외부인이 될 것입니다. 이것은 내 인생을 항상 괴롭히는 주제입니다. 항상 모든면에서 개인적, 정서적, 심리적, 과학적, 지적입니다. 이 느낌은 외부인이되고 때로는 내부자처럼 느껴집니다. 갈등.

왜 그렇게 느끼고 있다고 생각하십니까?

여성이되는 것; 갈색; 물리학에 관심이 있습니다. 이 특별한 방식으로 매우 지적입니다. 그리고 내가 만든 문화적 전환 때문에. 내 교수 중 한 명인 에블린 폭스 켈러 (Evelyn Fox Keller)는 그것을 아주 멋지게 썼습니다. 내 부족을 찾는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 잃어버린 느낌이 들지 않았지만 혼자 느꼈습니다. 나는 여전히 많은 방법으로 그것을 느낍니다. 내가 속하지 않는다고 생각하는 상황이 있습니다. 그리고 다른 시간에 같은 설정에 다시 들어가면서 나는 완전히 편안하다고 느꼈으 며, 나는 속한 것처럼 느낍니다. 매우 이상합니다. 나는 그것이 깊이 심리적 인 것이라고 생각합니다. 나는 아주 어리게 집을 떠났다. 그리고이 진정한 연결이 필요했습니다.

부족을 어떻게 설명 하시겠습니까?

지적으로 참여하는 심각한 관심이 많은 사람들. 직업 주의자가 아닌 사람들. 저의 게임 (우주론, 암흑 물질, 블랙홀)은 내가 맞지 않는 매우 특별한 경쟁 문화를 가지고 있습니다. 그러나 고맙게도 이것은 시간이 그 일입니다. 당신이 그것을 고수한다면, 당신은 좋은 일을한다면, 당신은 준수 할 필요가 없습니다. 당신은 결국 당신이 누구 일 수 있습니다. 나는 항상 내가 배우고있는 것에서 내가 원하는 것을 알았 기 때문에 매우 특별한 마음의 명확성을 느꼈습니다. 나는 수학적으로 생각하는 사람들과 함께 오는 특정한 이해를 원합니다.

무엇을 이해하고 싶습니까?

나는 매우 특별한 종류의 추상화에 매료되었습니다. 우리 모두는 우리가 어떻게 든 우리가 끌어들이는 애완 동물을 가지고 있으며, 저에게는 항상 보이지 않는 실체였습니다. 블랙홀, 암흑 물질, 거의 우리의 지식의 한계에있는 것들이 있습니다. 블랙홀의 가장자리에 도달하면 모든 물리학이 분해됩니다. 그래서 그것은 나를 유혹합니다. 이것이 과학자로서 우리를 정말로 밀어 붙이는 것들입니다. 어떻게 모델을 모델링 할 수 있습니까? 우리는 그들에 대해 어떻게 생각합니까? 그리고 우리가 더 알고 있듯이 :어떻게 모델을 개선 할 수 있습니까? 당신이 그것을 개선 할 때, 그것은 당신이 전에 가지고 있던 것이 틀렸다는 것을 의미합니까? 모델은 현실과 어떤 관련이 있습니까? 그것은 나의 철학 박사의 주제가 될 것입니다. :당신은 어떻게 지식을 구축합니까?

박사 학위를 시작한 후에는 철학을 계속하지 않기로 결정했습니다. 케임브리지에서 마틴 리와 함께 천체 물리학. 무엇이 당신을 그에게 이끌어 냈습니까?

그가 한 일은 모델이었습니다. 그는 블랙홀, 감마선 버스트, 은하에 대한 모델을 만들었습니다. 설명이 필요한 흥미로운 관찰이 있으면 모델을 만들 수 있습니다. 그래서 그것은 저에게 완벽한 지적 경기였습니다.

당시 초대형 블랙홀의 관찰 데이터가 막 시작되었습니다. 그래서 우리는 블랙홀 등을 키우는 방법에 대한 스토리 라인을 만들고 있었고 울타리가 너무 많지 않았습니다. 약간의 관찰 지침이 있었지만 모델로 약간 더 와일드를 달릴 수 있습니다.

블랙홀은 아마도 현재만큼 개념화되지 않았을 것입니다.

그들은 개념화되고 생각되었지만 그들의 역할은 그렇게 중심적인 것으로 보이지 않았습니다. 이제 우리는 그들이 실제로 은하를 형성하는 것처럼 보인다는 것을 알고 있습니다. 그래서 그들은 중앙 무대로 이사했습니다.

블랙홀에 대해 어떻게 생각하십니까?

그들은 미친 대상이며 의문의 여지가 없습니다. 그들은 기괴합니다. 그들에 대해 생각하는 세 가지 방법이 있으며 선택할 수 있습니다. 한 가지 방법은 별이 연료를 소진 할 때 폭력적인 끝을 가지고 있으며, 죽은 원자로와 같은이 블랙홀을 남겨 두는 것입니다. 따라서 블랙홀은 중력이 무너져 믿을 수 없을 정도로 밀도가 높은 별의 소형 내부 부분입니다. 아날로그가 없습니다. 리드가 아닙니다. 우리가 생각할 수있는 것은 없습니다. 그런 다음이 훌륭한 잔해가 쌓입니다. 가스가 떨어집니다. 더 커집니다.

또 다른 방법은 빛조차도 블랙홀에서 벗어날 수 없다는 사실에 대해 생각하는 것입니다. 지구의 중력 그립을 피해야하는 로켓을 발사하려면 초당 11.6 킬로미터로 촬영해야합니다. 소리 속도의 33 배이므로 매우 빠릅니다. 이제 로켓이 초당 300,000km의 빛의 속도로 나가는 것을 상상해보십시오. 중력 그립이 너무 강하기 때문에 여전히 탈출 할 수 없습니다. 그것은 블랙홀입니다.

세 번째 방법은 시공간을 시트로 묘사하면 블랙홀이 그 시트에 꼬집음입니다. 공간 모양의 이상.

그리고 우리는 초대형 블랙홀이 은하에 필수적이라는 것을 점차 깨달았습니까?

예. 나의 논문은 그 관계를 해결하려고 노력하는 일을 시작했다. 방금 관찰 된 것은 은하의 내부 부분에서 별의 질량과 그것이 호스팅하는 중앙 블랙홀 사이에 상관 관계가 있다는 것입니다. 그것은 어떻게 든 은하와 블랙홀의 형성이 얽혀 있음을 시사합니다. 우리는 그들의 성장을 묶는 방법에 대한 초기 프레임 워크를 개발하고있었습니다. 정말 강력한 예측을 할 수있는 간단한 모델을 구축 할 수 있기 때문에 매우 흥미로 웠습니다. 그런 다음 시간이 지남에 따라이 모델은 더 많은 데이터를 얻었 기 때문에 점점 더 정교 해졌습니다.

나는 그 일을했고, 또한 중력 렌즈 - 암흑 물질에 의한 빛의 굽힘. 허블 망원경은 분석 할 수있는 놀라운 렌즈 이미지를 우리에게 주었다. 당신은 다른 은하에서 빛에서 볼 수있는 스트레칭의 양에서 암흑 물질의 존재를 간접적으로 매핑 할 수 있습니다. 그래서 오늘날 우리의 지식의 한계 인 Terra Incognita는 그 허블지도에 있습니다. 나의 원래의 기여는 당신이 암흑 물질의 작은 덩어리를 골라내는 수학적 매핑을 파악하는 것이 었습니다. 우리가 발견 한 것은 우주의 암흑 물질이 콜질이“차가운”암흑 물질에 대한 기대와 매우 잘 어울린다는 것입니다.

Yale에서, 당신은 처음부터 은하의 센터에서 초대형 블랙홀이 어떻게 형성되었는지 연구하기 시작했습니다. 먼저 퍼즐이 무엇인지 설명하십시오.

우리가 더 나아지고 더 나아지면서, 우리는 우주가 현재 연령의 10 % 일 때 10 억의 극성 질량 검은 구멍으로 구동되는 밝은 퀘이사 [Luminous Galactic Centers]를 찾기 시작했습니다. 그것은 거대한 미스터리였습니다. 첫 번째 별은 거의 같은 시간에 형성되었으므로 태양의 질량의 100 배나 태양의 질량의 10 억 배로 자라는 별의 잔재를위한 시간이 충분하지 않습니다.

2005 년, 2006 년, 나는“Massive Seeds”에 대한 박사후의 첫 두 논문을 썼습니다. 우리 논문은 당신이 별의 형성을 우회 하고이 퀘이사를 설명하기 위해 태양의 질량의 약 10,000 ~ 1 백만 배인 매우 거대한 종자 블랙홀을 형성 할 수 있다고 말했다. 간단한 아이디어는 욕조에 있고 플러그를 당기는 것입니다. 당신은 물이 와류로 들어가는 것을 봅니다. 가스 디스크가있는 초기 우주에서 매우 비슷한 일이 발생합니다. 플러그를 당기는 것과 동등한 불안정성이 발생하고 가스 사이펀이 중앙으로 매우 빠르게 빠르게 발생합니다. 우리가 한 일은이“직접 콜라스 블랙홀 씨앗”을 더 큰 우주 그림에 통합하는 것이 었습니다. 블랙홀 집단을 따라-형성, 진화, 퀘이사가되고, 끄고, 빛을 발합니다.

내용의 95 %가 알려져 있지 않더라도 우주의 진화를 완벽하게 포착하는 이론,“우주론의 표준 모델”이라는 것은 역설적입니다. 사람들에게 어떻게 설명합니까?

모래 언덕을보고 해변에 있다고 가정 해 봅시다. 그들은 사라지고, 재 형성,, 바다에 삼키고 있습니다. 모래 언덕이 어떻게 진화하는지에 대한 역학은 바람과 물을 이해하기 때문에 잘 이해하는 것입니다. 그러나 당신은 실제로 모래 한 덩어리가 무엇인지 모릅니다. 그것이 우리가 지금있는 곳입니다. 천체 물리학은 당신에게 암흑 물질의 세분성, 암흑 물질이 얼마나 뭉개지는지 알려줄 수 있습니다. 그것은 당신에게 약간의 이해를 제공합니다. 후보자를 배제합니다. 모래 곡물이 바위가 아니라고 말하는 것과 같습니다. 그들은 자갈이 아닙니다. 그들은 매우 괜찮습니다. 그러나 곡물이 만들어진 것은 입자 물리 실험에서 나올 것입니다.

기본 수준보다는 모래 언덕의 수준을 선호합니다.

예. 즉, 천체 물리학 수준에서 이론과 관찰 사이의 불일치는 이론에서 누락 된 일부 기본 성분으로가는 길을 가리킬 수 있습니다. 기본, 보조, 더 깊은 것의 계층 구조 - 레이어가 혼합됩니다. 근본적인 질문이 있지만 관찰 데이터는 여러 수준의 구조를 가지고 있으며 모든 척도에서 발생하는 현상을 연결해야합니다. 그런 다음 가장 깊은 문제, 그만한 일이 아니라 상호 연결에 대한 계층 적 조직에 관한 것입니다.

내부자 이사회 철학 프로젝트를 계속하고 있습니까?

그 훈련은 모델을 만들 때 실제로하고있는 일을 잘 알고 있기 때문에 더 나은 과학자가되었습니다. 복잡한 신체적 현상을 취하고 파괴 할 때, 나는 외부로 표시 한 내용과 필수로 표시 한 내용, 직관, 훈련, 수학에 대한 무언가를 알고 있습니다. 프로세스와의 참여 수준이 다릅니다. 매우 자기 인식하는 사람들에게는 삶에 추가적인 향상이 있습니다.

또한 내부자, 내 자신의 경험, 외부인으로서 과학자 그룹이 어떻게 운영되는지 시청하는 데 매우 관심이 있습니다. 우리는 어떻게 개방적이어야하지만, 우리는 그렇지 않습니다. 그리고 나에게 킥을 완전히주는 것은 근본적으로 새로운 아이디어가 어떻게 받아 들여지 는가에 대한이 과정을 이해하는 것입니다.

직접-콜라 랩스 아이디어는 이제 초기 우주에서 초대형 블랙홀 형성의 주요 이론으로 간주됩니다.

그러한 그림을 뒷받침하는 증거는 거의 증가하지 않습니다. 예를 들어, 컴퓨터 시뮬레이션에서 우리는 직접 콜라스 블랙홀로 시작하여 초기 우주를 채우고 오늘날까지 그 은하의 성장을 전파하고 볼 수있는 퀘이사와 일치합니다.

Hubble의 후계자 인 James Webb Space Telescope는 현재 2021 년에 출시 될 예정이며 우주를 충분히 깊이 들어 와서 초기 우주에서 형성하는 은하를 엿볼 수 있습니다. 이러한 관찰은 Direct-Collapse 아이디어를 테스트 할 것입니다.

예. 우리는 완전히 멋진 것을 깨달았습니다. 직접 콜라스 씨앗은 크기가 큰 물체로 시작 되었기 때문에 주변 별의 별빛은 가스가 떨어지는 가스에 의해 생성 된 빛에 비해 희미 해집니다. 그리고 우리에게 운이 좋았던 James Webb는 이것을보기 위해 완벽하게 투구되었습니다. 우리의 주장은 망원경이 우주의 가장 빠른 시대에 Quasar를 본다면,이 직접 콜라스 블랙홀 중 하나가되어야한다는 것입니다.

발사가 다시 뒤로 밀려 나가는 것을 보는 것은 가슴 아픈 일이었을 것입니다.

지연된 만족! 어떤면에서, 나는이 거대한 씨앗이 존재하지 않을 가능성이 있기 때문에 알지 못하는 기간을 즐기고 있습니다. “좋아요, 프리 야, 그들이 찾지 못한다면, 당신은 한 평생 동안 블랙홀에 대해 배웠고, 독창적 인 아이디어를 생각해 내고, 예측을했고, 누군가가 그것을 진지하게 받아들이고 테스트 할 수 있었을 때, 당신은 여전히 ​​태어날 때 태어나게해야합니다. 좋아, 옳지 않았다. 그러나이 모든 것이 당신의 일생에 전개되는 모든 것이 얼마나 멋진 지 생각하십시오!” 그래서 나는 그조차도 슈퍼 쿨 결과라고 스스로에게 말하려고 노력하고 있습니다. 그러나 그것들을 찾는 것은 정말 대단할 것입니다.