Vårt universum är oerhört stort, mestadels mystiskt och generellt förvirrande. Vi är omgiven av förvirrande frågor om skalor både stora och små. Vi har vissa svar, säkert, som standardmodellen för partikelfysik, som hjälper oss (åtminstone fysiker) att förstå grundläggande subatomära interaktioner och Big Bang-teorin om hur universum började, som väver samman en kosmisk berättelse över det förflutna 13,8 miljarder år.
Men trots dessa modellers framgångar har vi fortfarande gott om arbete. Till exempel, vad i världen är mörk energi, namnet vi ger drivkraften bakom den observerade accelererade expansionen av universum? Och i motsatt ände av skalan, vad exakt är neutrinoer, dessa spöklikt små partiklar som zip och zoomar genom kosmos utan knappt interagerar med någonting?
Vid första anblicken verkar dessa två frågor så radikalt olika med avseende på skala och natur och, ja, allt vi kan anta att vi behöver svara på dem.
Men det kan vara så att ett enda experiment kan avslöja svar på båda. Ett europeiskt rymdverkets teleskop är inställt på att kartlägga det mörka universum - ser så långt tillbaka i tiden, cirka 10 miljarder år, när mörk energi tros ha rasat. Låt oss gräva in.
Gå stort och gå hem
För att gräva i, måste vi slå upp. Långt upp. På skalor är mycket, mycket större än galaxer (vi talar miljarder ljusår här, folk), där vårt universum liknar en enorm, glödande spindelväv. Förutom att denna spindelnät inte är gjord av siden, utan av galaxer. Långa, tunna stjärna av galaxer som förbinder täta, klumpiga noder. Dessa noder är kluster, livliga galaxstäder och het, rik gas - enorma, breda murar av tusentals på tusentals galaxer. Och mellan dessa strukturer, som tar upp det mesta av volymen i universum, finns de stora kosmiska tomrummen, himmelöknar fyllda med inget mycket alls.
Det kallas den kosmiska webben, och det är den största saken i universum.
Denna kosmiska bana konstruerades långsamt under miljarder år av den svagaste kraften i naturen: tyngdkraften. Vägen tillbaka när universum var den minsta delen av dess nuvarande storlek, var det nästan perfekt enhetligt. Men det "nästan" är viktigt här: Det fanns små variationer i densitet från plats till plats, där vissa hörn av universum var lite mer trångt än genomsnittet och andra lite mindre.
Med tiden kan tyngdkraften göra fantastiska saker. När det gäller vår kosmiska web, hade de något högre än genomsnittet täta regioner tyngdkraften som var lite starkare, lockade omgivningarna till dem, vilket gjorde dessa klumpar ännu mer attraktiva, som lockade fler grannar, och så vidare så vidare.
Spola framåt denna process en miljard år, och du har odlat din egen kosmiska webb.
Ett universellt recept
Det är den allmänna bilden: För att skapa en kosmisk webben behöver du lite "grejer" och du behöver lite allvar. Men där det blir riktigt intressant finns i detaljerna, särskilt detaljerna i sakerna.
Olika typer av materia kommer att klumpa upp och bilda strukturer på olika sätt. Vissa typer av materia kan trassla in sig själva eller behöva ta bort överskottsvärme innan de kan trampa, medan andra lätt kan gå med i närmaste parti. Vissa typer av materia rör sig tillräckligt långsamt så att tyngdkraften effektivt kan utföra sitt arbete, medan andra slags ämnen är så flott och smidig att tyngdkraften knappt kan få sina svaga händer på den.
Kort sagt, om du ändrar universums ingredienser får du kosmiska banor på olika sätt. I ett scenario kan det finnas mer rika kluster och färre tomma tomrum jämfört med ett annat scenario, där tomrummen totalt dominerar tidigt i kosmos historia, utan att det bildas några kluster alls.
En särskilt spännande ingrediens är neutrino, nämnda spökepartikel. Eftersom neutrinoen är så lätt, reser den med nästan ljusets hastighet. Detta har effekten av att "jämna ut" strukturer i universum: Gravity kan helt enkelt inte göra sitt arbete och dra neutrinoer i kompakta små kulor. Så om du lägger till för många neutrino till universum, så hamnar saker som hela galaxer inte i det tidiga universum.
Små problem, stora lösningar
Det betyder att vi kan använda den kosmiska webben i sig själv som ett gigantiskt laboratorium för fysik för att studera neutrino. Genom att undersöka strukturen på webben och dela upp den i dess olika delar (kluster, tomrum och så vidare) kan vi få ett förvånande direkt handtag om neutrino.
Det finns bara ett gnagande problem: Neutrino är inte den enda ingrediensen i universum. En viktig förvirrande faktor är närvaron av mörk energi, den mystiska kraften som rivar vårt universum isär. Och som du kanske har misstänkt påverkar detta den kosmiska webben på ett stort sätt. Det är trots allt svårt att bygga stora strukturer i ett snabbt växande universum. Och om du bara tittar på en del av den kosmiska webben (säg till exempel galaxklyngarna), kanske du inte har tillräckligt med information för att berätta skillnaden mellan neutrinoeffekter och mörka energieffekter - som båda hindrar klumpningen av " grejer."
I en nyligen publicerad artikel publicerad online i förtryckstidsskriftet arXiv förklarade astronomer hur kommande galaxundersökningar, liksom Europeiska rymdorganisationens Euclid-uppdrag, kommer att hjälpa till att avslöja både neutrino- och mörka energiegenskaper. Euclid-satelliten kartlägger platserna för miljoner galaxer och målar ett mycket brett porträtt av den kosmiska webben. Och inom den strukturen ligger antydningar till vårt universums historia, ett förflutna som beror på dess ingredienser, som neutrino och mörk energi.
Genom att titta på en kombination av de tätaste, mest trafikerade platserna i universum (galaxklyngarna) och de ensamma, tomaste platserna i kosmos (tomrummen), kan vi få svar på både den mörka energin (som kommer att säga till en era av helt ny fysikkunskap) och neutrinos natur (som kommer att göra exakt samma sak). Vi kan till exempel lära oss att mörk energi blir värre, eller blir bättre eller kanske till och med att vara densamma. Och vi kan lära oss hur massiva neutrinoer är eller hur många av dem som flyter runt universum. Men oavsett vad, det är svårt att säga vad vi får tills vi faktiskt tittar.
Paul M. Sutter är en astrofysiker på Ohio State University, värd av Fråga en Spaceman och Space Radio, och författare till Din plats i universum.
