|
Космическое детство Вселенной
|
|
|
|
Новое исследование, проведенное коллаборацией Atacama Cosmology Telescope (ACT), позволило получить самые четкие изображения зарождения Вселенной — самого раннего космического периода, доступного людям. Измеряя свет, который путешествовал более 13 миллиардов лет, чтобы достичь телескопа, расположенного высоко в Чилийских Андах, новые снимки показывают Вселенную, когда ей было около 380 000 лет, что эквивалентно детским снимкам космоса среднего возраста, сделанным несколько часов назад.
|
|
|
|
"Мы видим первые шаги на пути к созданию самых ранних звезд и галактик", - говорит Сюзанна Стэггс, директор ACT, и профессор физики Принстонского университета Генри Девольф Смит. "И мы видим не просто свет и темноту, мы видим поляризацию света в высоком разрешении. Это является определяющим фактором, отличающим ACT от Планка и других более ранних телескопов".
|
|
|
|
Новые снимки этого фонового излучения, известного как космический микроволновый фон (CMB), дают более высокую четкость по сравнению с теми, которые наблюдались более десяти лет назад космическим телескопом "Планк". "Разрешение ACT в пять раз превышает разрешение Planck, а чувствительность выше", - говорит Сигурд Наесс, исследователь из Университета Осло и ведущий автор одной из нескольких работ, связанных с проектом. "Это означает, что слабый поляризационный сигнал теперь виден непосредственно".
|
|
|
|
Поляризационное изображение показывает детальное движение водорода и гелия в период зарождения космоса. "Раньше мы могли видеть, где что находилось, а теперь мы также видим, как они движутся", - говорит Стэггс. "Подобно использованию приливов и отливов для определения присутствия Луны, движение, отслеживаемое по поляризации света, говорит нам о том, насколько сильным было притяжение в разных частях космоса".
|
|
|
|
|
|
|
По словам исследовательской группы, новые результаты подтверждают простую модель Вселенной и исключают большинство конкурирующих альтернатив. Работа еще не прошла экспертную оценку, но исследователи представят свои результаты на ежегодной конференции Американского физического общества 19 марта.
|
|
Измерение младенчества Вселенной
|
|
|
|
В первые несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва первичная плазма, заполнявшая Вселенную, была настолько горячей, что свет не мог свободно распространяться, что делало вселенную практически непрозрачной. Реликтовое излучение представляет собой первый этап в истории Вселенной, который мы можем видеть, — по сути, картину зарождения Вселенной.
|
|
|
|
Новые снимки дают удивительно четкое представление об очень, очень незначительных изменениях плотности и скорости газов, заполнявших молодую Вселенную. "Существуют и другие современные телескопы, измеряющие поляризацию с низким уровнем шума, но ни один из них не охватывает такую большую часть неба, как ACT", - говорит Нэсс.
|
|
|
|
То, что при ярком освещении выглядит как туманные облака, на самом деле является более или менее плотными областями в море водорода и гелия — холмами и долинами, которые простираются на миллионы световых лет в поперечнике. В последующие миллионы и миллиарды лет гравитация притягивала более плотные области газа внутрь, образуя звезды и галактики.
|
|
|
|
Эти подробные изображения новорожденной Вселенной помогают ученым ответить на давние вопросы о происхождении Вселенной. "Оглядываясь назад, на то время, когда все было намного проще, мы можем собрать воедино историю о том, как наша Вселенная эволюционировала до того богатого и сложного состояния, в котором мы находимся сегодня", - говорит Джо Данкли, профессор физики и астрофизических наук Принстонского университета имени Джозефа Генри и руководитель аналитического отдела ACT.
|
|
|
|
"Мы более точно измерили, что наблюдаемая Вселенная простирается почти на 50 миллиардов световых лет во всех направлениях от нас и содержит столько же массы, сколько 1900 "дзетта-солнц", или почти 2 триллиона триллионов солнц", - говорит Эрминия Калабрезе, профессор астрофизики Кардиффского университета и ведущий автор исследования. одна из новых газет. Из этих 1900 дзетта-солнц масса обычной материи — той, которую мы можем видеть и измерять, — составляет всего 100. Еще 500 дзетта-Солнц массой представляют собой таинственную темную материю, а эквивалент 1300 - доминирующую энергию вакуума (также называемую темной энергией) в пустом пространстве.
|
|
|
|
Масса крошечных частиц нейтрино составляет не более четырех дзетта-солнц. Три четверти массы обычной материи составляют водород и четверть - гелий.
|
|
|
|
"Почти весь гелий во Вселенной был произведен за первые три минуты космического времени", - говорит Тибо Луи, исследователь CNRS в IJCLab Университета Париж-Сакле и один из ведущих авторов новой работы. "Наши новые измерения его плотности очень хорошо согласуются с теоретическими моделями и наблюдениями в галактиках".
|
|
|
|
Элементы, из которых состоим мы, люди, — в основном углерод, а также кислород, азот, железо и даже следы золота — образовались позже в звездах и являются лишь добавкой к этому космическому рагу.
|
|
|
|
Новые измерения ACT также позволили уточнить оценки возраста Вселенной и того, насколько быстро она растет сегодня. Падение материи в ранней Вселенной распространяло звуковые волны в пространстве, подобно кругам ряби на поверхности пруда.
|
|
|
|
"Более молодая Вселенная должна была бы расширяться быстрее, чтобы достичь своего нынешнего размера, и изображения, которые мы получаем, должны были бы, по-видимому, поступать к нам с более близкого расстояния", - объясняет Марк Девлин, профессор астрономии Риз У. Флауэр в Пенсильванском университете и заместитель директора ACT. "В этом случае видимая степень ряби на изображениях была бы больше, точно так же, как линейка, поднесенная ближе к вашему лицу, кажется больше, чем линейка, поднесенная на расстоянии вытянутой руки".
|
|
|
|
Новые данные подтверждают, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиардов лет, а погрешность составляет всего 0,1%.
|
|
|
|
Напряженность Хаббла
|
|
|
|
В последние годы космологи разошлись во мнениях относительно постоянной Хаббла, скорости, с которой сегодня расширяется пространство. Измерения, полученные с помощью CMB, неизменно показывают скорость расширения от 67 до 68 километров в секунду на мегапарсек, в то время как измерения, полученные на основе движения близлежащих галактик, показывают, что постоянная Хаббла достигает 73-74 км/с/Мпк. Используя свои недавно опубликованные данные, команда ACT измерила постоянную Хаббла с повышенной точностью. Их измерения соответствуют предыдущим оценкам, полученным на основе CMB.
|
|
|
|
"Мы провели это совершенно новое измерение неба, что позволило нам независимо проверить космологическую модель, и наши результаты показывают, что она верна", - говорит Адриан Дуйвенворден, научный сотрудник Института астрофизики Макса Планка и ведущий автор одной из новых работ.
|
|
|
|
Основной целью работы было исследование альтернативных моделей Вселенной, которые могли бы объяснить это разногласие. "Мы хотели посмотреть, сможем ли мы найти космологическую модель, которая соответствовала бы нашим данным, а также предсказывала бы более высокую скорость расширения", - говорит Колин Хилл, доцент Колумбийского университета и один из ведущих авторов новой работы. Альтернативные варианты включают изменение поведения нейтрино и невидимой темной материи, добавление периода ускоренного расширения в ранней Вселенной или изменение фундаментальных констант природы.
|
|
|
|
"Мы использовали CMB в качестве детектора новых частиц или полей в ранней Вселенной, исследуя ранее неизведанную местность", - говорит Хилл. "Данные ACT не показывают никаких признаков таких новых сигналов. С нашими новыми результатами стандартная космологическая модель прошла необычайно точную проверку".
|
|
|
|
"Для нас было немного удивительно, что мы не нашли даже частичных доказательств в поддержку более высокого значения", - говорит Стэггс. "Было несколько областей, в которых, как мы думали, мы могли бы найти доказательства, объясняющие напряженность, но их просто не было в данных".
|
|
5-летняя выдержка
|
|
|
|
Фоновое излучение, измеренное с помощью ACT, чрезвычайно слабое. "Для проведения этого нового измерения нам потребовалось 5-летнее наблюдение с помощью чувствительного телескопа, настроенного на наблюдение света миллиметрового диапазона длин волн", - говорит Девлин. - Наши коллеги из Национального института стандартов и технологий предоставили детекторы с высочайшей чувствительностью, а Национальный научный фонд более двух десятилетий поддерживал миссию ACT, направленную на то, чтобы привести нас сюда".
|
|
|
|
Наблюдая за небом, ACT также наблюдал свет, излучаемый другими объектами в космосе. "Мы можем заглянуть вглубь космической истории, - говорит Данкли, - начиная с нашего собственного Млечного Пути, проходя мимо далеких галактик, в которых находятся огромные черные дыры, и огромных скоплений галактик, вплоть до того периода младенчества".
|
|
|
|
Источник
|
