|
Тайна космической инфляции
|
|
|
|
До появления света существовала космическая инфляция. До появления жизни, планеты Земля, первых галактик — и даже до мощного взрыва горячего плотного первичного вещества, который ученые традиционно называют Большим взрывом, — наша Вселенная находилась в экзотическом состоянии, расширяясь экспоненциально с непостижимой скоростью.
|
|
|
|
Она расширялась так быстро, что примерно за триллионную долю триллионной доли миллиардной доли секунды кусок пространства размером с атом разросся бы до размеров, намного превышающих размеры нашей солнечной системы. Это позволило нам увидеть кусочек Вселенной — все, что мы можем видеть в ночном небе, — от непостижимо маленькой точки до размеров, примерно, между человеческой головой и городским кварталом.
|
|
|
|
Но хотя современная Вселенная изобилует доказательствами того, что этот странный пролог к Вселенной, который физики называют "инфляцией", вероятно, произошел, ученые до сих пор точно не знают, почему это произошло.
|
|
|
|
Новый космический аппарат из Лаборатории реактивного движения НАСА в Ла-Каньяда-Флинтридж, запущенный уже во вторник вечером на ракете SpaceX с базы военно-космических сил Ванденберг близ Ломпока, надеется выяснить это.
|
|
|
|
|
|
|
Миссия — "Спектрофотометр для истории Вселенной", "Эпоха реионизации" и "Исследователь льдов", или SPHEREx - исследует один из ключей к разгадке, оставленных инфляцией. Основываясь на полученных данных, ученые надеются лучше понять виновника (или виновниц) такого быстрого роста.
|
|
|
|
В течение двух лет SPHEREx создаст четыре трехмерные карты распределения галактик по всему небосводу, что позволит ученым найти субатомную квантовую рябь, созданную неоткрытыми инфляционными частицами 13,8 миллиардов лет назад, которые теперь запечатлелись в крупномасштабной структуре Вселенной.
|
|
|
|
"Он уменьшает масштаб, чтобы составить карту космоса и увидеть самые крупные структуры и самую объемную картину, в отличие от больших телескопов, таких как [космический телескоп Джеймса Уэбба], которые увеличивают масштаб и делают очень подробные, изысканные снимки определенных небольших участков неба", - сказал Джеймс Бок, профессор физики Калифорнийского технологического института, старший научный сотрудник JPL. ученый-исследователь и главный исследователь SPHEREx.
|
|
|
|
В то время как Вселенная расширялась с момента своего зарождения, физики используют термин "инфляция" только для обозначения быстрого экспоненциального расширения, управляемого неизвестной физикой в начале существования Вселенной, какой мы ее знаем.
|
|
|
|
У инфляции по—прежнему есть свои недоброжелатели, которые говорят, что для начала инфляционного процесса потребовались бы невероятно маловероятные обстоятельства, и что в отсутствие возможности прямого обнаружения экзотических инфляционных частиц имеющихся косвенных доказательств их существования остается недостаточно. Однако инфляция широко признана в этой области как лучшее объяснение целого ряда странных явлений в нашей современной Вселенной.
|
|
|
|
Различные теории инфляции расходятся в некоторых цифрах и деталях, но общая картина такова: все, что существовало до инфляции, мгновенно исчезло, как только началось великое расширение.
|
|
|
|
Во время инфляции еще не было никакой известной нам формы материи. Вместо этого Вселенная была наполнена какой-то неизвестной инфляционной энергией и частицами. Колеблясь, они создавали рябь в энергетическом поле — очаги повышенной энергии и очаги пониженной энергии.
|
|
|
|
Однако до сих пор неясно, что именно представляло собой это поле энергии и частиц, или было ли задействовано несколько наборов энергетических полей и частиц. Но все, что обнаружит SPHEREx, почти наверняка будет создано дикими частицами, выходящими за рамки физики в том виде, в каком мы ее знаем.
|
|
|
|
Когда инфляция прекратилась, энергетическое поле и его флуктуации превратились в невероятно горячий и плотный суп из вещества, которое мы знаем сегодня, — в конечном итоге превратившись в свет, который мы видим, и протоны, нейтроны и электроны, из которых состоит наш мир.
|
|
|
|
Эта горячая, плотная, зарождающаяся Вселенная под огромным давлением взорвалась наружу, как описано в традиционной горячей теории Большого взрыва, разработанной в 1920-х годах. Инфляция - это пересмотр физиками первых нескольких моментов существования Вселенной, задуманный в 1980-х годах для объяснения некоторых странных эффектов во Вселенной.
|
|
|
|
Квантовые колебания в энергии раздувания, по-видимому, никогда не исчезали. Хотя они начинались на субатомном уровне, сейчас они больше галактик. Области с более высокой энергией превратились в яркие и оживленные уголки Вселенной с большим количеством галактик. Области с более низкой энергией теперь являются относительно мертвыми зонами.
|
|
|
|
Паутина галактик, которую мы видим, когда смотрим на небо, - это моментальный снимок драмы, разыгравшейся в небольшом субатомном пространстве около 13,8 миллиардов лет назад.
|
|
|
|
Команда SPHEREx считает, что в мельчайших деталях этой паутины скрыто нечто большее.
|
|
|
|
Зонд впервые создаст трехмерные карты всего неба с достаточной точностью и данными, чтобы определить, было ли это единственное энергетическое поле, ответственное за инфляцию, или их было несколько.
|
|
|
|
"Если вы бросите крошечный камешек в пруд, он вызовет рябь", - сказал Спенсер Эверетт, научный сотрудник Калифорнийского технологического института, работающий над миссией SPHEREx. "Затем из-за инфляции они внезапно превращаются в огромные океанские волны".
|
|
|
|
По словам Эверетта, в то время как однополевые теории инфляции аналогичны бросанию в пруд кучки гальки одинакового размера, многополевые теории подобны бросанию в воду множества гальки и камней разного размера. Наблюдая за возникающей рябью, ученые должны быть в состоянии определить, были ли они вызваны камешками разного размера — или раздувающимися частицами, в случае SPHEREx.
|
|
|
|
Данные SPHEREx о том, что распространение галактик во Вселенной не похоже на рябь от единого поля (или камешка одного размера, по аналогии Эверетта), не только послужили бы убедительным доказательством того, что инфляция действительно имела место, но и фактически положили бы теории единого поля на смертный одр.
|
|
|
|
Благодаря запуску в космос SPHEREx получит возможность беспрепятственно обозревать практически все небо, пока он вращается вокруг Земли. SPHEREx также необходимо наблюдать за инфракрасными волнами света, длина которых немного больше, чем у красного цвета. Однако это также длина волны, на которой большинство объектов, включая поверхность Земли, излучают тепло.
|
|
|
|
"Если вы попытаетесь измерить что-либо в инфракрасном диапазоне на земле, - сказал Эверетт, - вы увидите только землю. При температуре, близкой к комнатной, все излучает инфракрасное излучение."
|
|
|
|
По этой причине космический корабль будет работать при температуре минус 350 градусов по Фаренгейту, охлаждаясь благодаря концентрическим конусообразным алюминиевым экранам, которые выглядят как конусообразный конус для космического корабля.
|
|
|
|
SPHEREx - это миссия среднего класса в рамках программы NASA Explorers, предназначенная для обеспечения частых полетов для научных космических миссий менее амбициозного масштаба, чем флагманские миссии НАСА, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, стоимостью 10 миллиардов долларов, запущенный в 2021 году для изучения широкого спектра актуальных научных космических исследований вопросы.
|
|
|
|
Миссия также исследует, как образовались некоторые из первых галактик и как ледяная космическая пыль, несущая важные для жизни молекулы, попадает на планеты.
|
|
|
|
SPHEREx отправится в полет вместе с аппаратом малого класса Explorers, который называется Polarimeter для объединения короны и гелиосферы, или PUNCH, и который будет изучать солнечный ветер.
|
|
|
|
Источник
|
