2023 Հեղինակ: Sophia Otis | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-05-21 01:49
Berkeley - Աստղաֆիզիկոսները ևս մեկ լուրջ քայլ են կատարել տիեզերքը իր մանկության մեջ պատկերելու համար: Մեծ պայթյունից անմիջապես հետո օդապարիկով անցկացվող փորձի առաջին արդյունքները հաստատում են առեղծվածային «մութ նյութի» և «մութ էներգիայի» մասին, որոնք կազմում են տիեզերքի մեծ մասը:
Փորձի արդյունքները, միջազգային համագործակցություն, որը կոչվում է Millimeter Anisotropy Experiment IMaging Array (MAXIMA), որը ղեկավարվել է Բերկլիի Կալիֆոռնիայի համալսարանի կողմից, պարունակվում են երկուշաբթի՝ մայիսի 8-ին, Astrophysical Journal Letters-ին ներկայացված երկու աշխատություններում: երեքշաբթի համացանցում https://xxx կայքում տեղադրելու համար:lanl.gov/list/astro-ph/new.
ՄԱՔՍԻՄԱ-ի արդյունքները հաստատում են անցյալ ամիս մեկ այլ խմբի կողմից հայտարարված արդյունքները՝ օդապարիկով տեղափոխվող փորձի տվյալների վերլուծությունից հետո, որը կոչվում է Balloon Observations Of Milimetric Extragalactic Radiation and Geophysics (ԲՈՒՄԵՐԱՆԳ), և ընդլայնել այս արդյունքները դեպի երկնքի ավելի փոքր անկյունային մասշտաբներ:. MAXIMA քարտեզը տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի ամենաբարձր բանաձեւի քարտեզն է, որը դեռ հրապարակված է:
Այս արդյունքները ամուր ապացույց են այն բանի, որ տիեզերքը հարթ է, լայնածավալ երկրաչափությամբ, ճիշտ այնպես, ինչպես էվկլիդեսյան երկրաչափությունը, որը բոլորը սովորում են ավագ դպրոցում: Այնուամենայնիվ, նրա զանգվածի և էներգիայի միայն մոտ 5 տոկոսն է կազմում սովորական նյութը, որից ստեղծված են Երկիրը, աստղերը և մարդիկ: Մնացածը կա՛մ սառը մութ նյութ է՝ անտեսանելի զանգված, որը միավորում է գալակտիկաները, կա՛մ մութ էներգիա, առեղծվածային ճնշում կամ վանող ուժ, որը կարծես արագացնում է տիեզերքի ընդլայնումը: Մութ էներգիան հաճախ կոչվում է տիեզերական հաստատուն:
«Տիեզերական տեսությունների մի ենթախումբ, որոնք ներառում են գնաճը, մութ նյութը և տիեզերական հաստատունը, չափազանց լավ են համապատասխանում մեր տվյալներին», - ասում է թիմի ղեկավար Փոլ Ռիչարդսը, Բերքլիի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր: Գնաճը տիեզերքի վաղ պատմությունը նկարագրող ամենատարածված տիեզերաբանական տեսությունն է:
«Սա ստանդարտ տիեզերաբանության լավ հաստատումն է և գիտության մեծ հաղթանակը, քանի որ մենք խոսում ենք փորձից շատ առաջ արված կանխատեսումների մասին, մի բանի մասին, որը դժվար է իմանալ, ինչպես շատ վաղ տիեզերքը»:
MAXIMA թիմը, որը բաղկացած է 13 հաստատություններից և հինգ երկրների 22 գործընկերներից, ֆինանսավորվում է Ազգային գիտական հիմնադրամի և Օդագնացության և տիեզերական հետազոտությունների ազգային վարչության կողմից, իսկ Էներգետիկայի դեպարտամենտը աջակցում է տվյալների վերլուծությանը:
«Չնայած որոշ անդամներ ընդհանուր են ինչպես MAXIMA-ի, այնպես էլ ԲՈՒՄԵՐԱՆԳ թիմերի համար, երկու վերլուծությունները կատարվել են ամբողջովին անկախ», - նշում է Շաուլ Հանանին, Մինեսոտայի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր, Մինեապոլիս և մեկի առաջին հեղինակը: թղթերից։«Այն փաստը, որ այս անկախ փորձերը տալիս են նման նմանատիպ արդյունքներ, լավագույն ցուցումն է, որ մենք երկուսս էլ գիտությունը ճիշտ ենք ընդունում»:
«Սրանք չափազանց բարդ փորձեր են, և այնուամենայնիվ MAXIMA-ի և BOOMERANG-ի տվյալները ցույց են տալիս տպավորիչ համաձայնություն», - ավելացրեց տիեզերաբան Ադրիան Լին, NSF Մասնիկների աստղաֆիզիկայի կենտրոնի և Տիեզերական գիտությունների լաբորատորիայի MAXIMA նախագծի ղեկավարը: UC Berkeley-ում։
Գնաճի տեսությունները վերաբերում են մի իրադարձության, որը տեղի է ունեցել մեծ պայթյունից վայրկյանի անսահման փոքր հատվածից հետո, մի պայթյունավտանգ իրադարձություն, որը աստղագետների մեծամասնության կարծիքով սկիզբ է դրել մեր տիեզերքին մոտ 10-20 միլիարդ տարի առաջ: Այդ պահին ընդլայնվող տիեզերքը ենթարկվեց սրընթաց գնաճի, որը հարթեցրեց նյութը և էներգիան։ Միայն դրանից հետո ճնշման ալիքները կամ ձայնային ալիքները մանրամասն տեղեկություններ տպեցին նորածին տիեզերքի մասին ինֆլյացիայի ժամանակ ստեղծված տաք, խիտ նյութի վրա:
Այս վաղ պատմությունն անտեսանելի է մեզ համար, սակայն հուշումները գալիս են մոտ 300,000 տարի անց, երբ տիեզերքը սառչեց մինչև մոտավորապես 3,000 Կելվին՝ թույլ տալով ջրածնի ատոմների ձևավորումը:Լույսը անսպասելիորեն ազատվեց լիցքավորված մասնիկների հետ մշտական բախումից և այդ ակնթարթում մեզ ցույց տվեց տաք և սառը կուտակումների լուսանկարը:
Այդ իրադարձության ճառագայթային ջերմությունը սառչում էր, երբ տիեզերքը շարունակեց ընդարձակվել, մինչև այսօր միկրոալիքային ֆոնը ընդամենը 2,7 Կելվին է կամ 454 աստիճան Ֆարենհայթ զրոյից ցածր: Տաք և սառը կետերը տատանվում են մի քանի մասով 100 000-ում: ՄԱՔՍԻՄԱ-ն և ԲՈՒՄԵՐԱՆԳ-ը երկուսն էլ չափել են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնի ջերմաստիճանի տատանումները՝ ստեղծելով տիեզերքի ջերմային քարտեզներ Մեծ պայթյունից 300 000 տարի անց:
Ջերմային քարտեզի բծերի չափը տիեզերագետներին անմիջապես հայտնեց տիեզերքի մեկ կարևոր պարամետր՝ նրա երկրաչափությունը կամ կորությունը: Երկու փորձարկումներն էլ տեսան բծեր, որոնք հավաքված էին մոտավորապես մեկ աստիճանի չափերի միջակայքում, ինչը ցույց է տալիս հարթ տիեզերք, ինչպիսին հին հունական երկրաչափ Էվկլիդը նկարագրել է ավելի քան 2300 տարի առաջ: Մեզ համար ամենահայտնի երկրաչափության այդ տեսակը բնութագրվում է զուգահեռ գծերով, որոնք միշտ մնում են նույն հեռավորության վրա:
Փակ տիեզերքը, որը նման է գնդերի երկչափ մակերեսին, որտեղ զուգահեռ գծերը ի վերջո հատվում են, ավելի մեծ բծեր կառաջացներ. բաց տիեզերքը, որտեղ զուգահեռ գծերը միշտ շեղվում են, կարող է ավելի փոքր բծեր առաջացնել:
Երբ համակցվում են տիեզերքի վերաբերյալ վերջին տվյալների հետ, որոնք ստացվել են հեռավոր գերնոր աստղերի ուսումնասիրություններից, տվյալները նաև հաստատում են տիեզերքի գնաճային տեսությունը: Մասնավորապես, փորձերը ֆիքսել են տիեզերքում նորմալ նյութի քանակը մոտ 5 տոկոսի չափով. մութ նյութի քանակը մոտ 30 տոկոս; իսկ մութ էներգիայի քանակը՝ տիեզերական հաստատունը՝ մոտ 65 տոկոս։
«Դա, հավանաբար, այս բոլոր փորձերի ամենահետաքրքիր արդյունքն է», - ասաց Հանանին: «Մեր տվյալների համադրությունը գերնոր աստղերի տվյալների հետ շատ հզոր ապացույց է, որ մեզ անհրաժեշտ է տիեզերական հաստատունի նման մի բան՝ մեր տիեզերքը նկարագրելու համար: Տիեզերական հաստատունի ծագումը բացատրելու համար կարող է պահանջվել նոր ֆիզիկա:«
Տիեզերական հաստատունն այն էր, ինչ Ալբերտ Էյնշտեյնը նետեց Տիեզերքի իր հավասարումների մեջ և հետագայում որպես սխալ դուրս նետվեց: Անցած մի քանի տարիների գերնոր աստղերի զարմանալի արդյունքները վերակենդանացրին գաղափարը, քանի որ հաստատունը կարող է նկարագրել տիեզերքը, որի ընդլայնումն արագանում է:
Ռիչարդսը նշել է, որ չնայած երկնքի ջերմային քարտեզը «գեղեցիկ պատկեր» է, տեղեկատվության մեծ մասը գալիս է երկնքի տվյալների մանրամասն վիճակագրական վերլուծությունից, ինչպես նաև COBE առաքելության մեծ անկյունային մասշտաբներով տվյալներից: Օգտագործելով Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայի Էներգետիկայի դեպարտամենտի Էներգետիկայի ազգային հետազոտական գիտական հաշվողական կենտրոնի (NERSC) սուպերհամակարգիչները, MAXIMA թիմը հաշվարկել է երկնքի քարտեզի ուժային սպեկտրը, որն ըստ էության միկրոալիքային վառարանում տաք և սառը կետերի չափերի միջակայքն է: ֆոն. Ինչպես մեկ աստիճանի շուրջ գտնվող կլաստերը ցույց է տալիս հարթ տիեզերք, այնպես էլ ավելի փոքր անկյունային չափերի կլաստերները գնաճային տեսությունների հատկանիշն են:
Չնայած MAXIMA-ի արդյունքները չեն կարող միանշանակորեն բացահայտել ուժային սպեկտրի այլ գագաթները, MAXIMA-ն կարողացել է ստանալ այլ տեղեկատվություն, որը խիստ աջակցում է գնաճին: Դրանցից է զրոյական «թեքումը», որը, ըստ էության, նշանակում է, որ գնաճից անմիջապես հետո տիեզերքում էներգիայի տատանումները միատեսակ են եղել բոլոր չափերի մասշտաբներով::
«Գնաճի տեսությունները երկու հիմնական կանխատեսումներ են անում», - ասաց Լին: «Մեկը հարթ տիեզերք է: Մյուսն այն է, որ ուժային սպեկտրը չունի թեքություն: MAXIMA-ն աջակցում է այս երկու կանխատեսումներին»:
Ռիչարդսը նաև նշել է, որ սովորական նյութից կազմված Տիեզերքի այն մասնաբաժնի համար, որը կոչվում է բարիոններ, ստացված թիվը՝ մոտ 5 տոկոս, հիանալիորեն համապատասխանում է աստղերի նուկլեոսինթեզի տեսության բոլորովին անկախ գնահատականներին:
«Շատ մարդիկ թերահավատորեն են վերաբերվում տիեզերաբանությանը, այնպես որ, երբ ձեր արդյունքները ցույց են տալիս այս տեսակի համաձայնությունը, դուք ավելի շատ վստահում եք ձեր տեսություններին», - ասաց նա:
Աստղագետներն առաջին անգամ իմացան տիեզերական ֆոնային ճառագայթման մասին 1965 թվականին՝ երկնքի բոլոր կողմերից միկրոալիքային արտանետումների պատահական հայտնաբերմամբ: Սա ընդունվեց որպես Մեծ պայթյունի ապացույց, և տեսաբանները տարիների ընթացքում ստեղծեցին բազմաթիվ տեսություններ՝ բացատրելու տիեզերքի էվոլյուցիան նրա պայթուցիկ ծնունդից:
1992 թվականին Cosmic Background Explorer (COBE) արբանյակը առաջին ապացույցն է տվել, որ միկրոալիքային փայլը հավասարաչափ չէ 2,7 Կելվին, բայց տատանվում է Կելվինի 100 միլիոներորդականով միջինից բարձր կամ ցածր. և կնճիռները շատ վաղ տիեզերքում: Նյութի և էներգիայի այս կույտերը, ենթադրաբար, վերածվել են գալակտիկաների կուտակումների և գերկուտակների, որոնք մենք տեսնում ենք այսօր:
Այդ ժամանակից ի վեր տարբեր փոքր փորձեր չափել են այս տատանումների չափերը՝ ակնարկելով հարթ տիեզերքի մասին: Բայց MAXIMA-ն և BOOMERANG-ը տիեզերագետներին դրա համար շատ ավելի հստակ ապացույցներ են տվել, ասաց Ռիչարդսը: COBE-ն ստացավ ամբողջ երկնքի ցածր լուծաչափով պատկեր՝ ճշգրիտ չափելով լայնածավալ կուտակումները և լրացնում է MAXIMA-ի տվյալները:ՄԱՔՍԻՄԱ-ն ավելի նուրբ լուծմամբ նայեց երկնքի 0,3 տոկոսը ներկայացնող տարածքին, որը մի կողմում մոտ 11 աստիճանով կամ 22 անգամ ավելի լայն է, քան լիալուսինը, երկնքի հյուսիսային շրջանում Դրակոն համաստեղության մոտ::
Այսօր հաղորդված վերլուծության համար օգտագործված տվյալները ստացվել են 1998 թվականի օգոստոսի 2-ին MAXIMA-ի առաջին թռիչքից Պաղեստինում, Տեխասի ազգային գիտական օդապարիկից դուրս: Օդապարիկը, որը արձակվել է մայրամուտին, թռչում է մոտ 130,000 ֆուտ բարձրության վրա մեկ գիշեր՝ 7-10 ժամ, և պարաշյուտով վերադարձվում է գետնին: 1,3 մետրանոց աստղադիտակը միկրոալիքային ճառագայթումը կենտրոնացնում է Ռիչարդսի խմբի կողմից մշակված բարձր տեխնոլոգիական սառնարանների կողմից մինչև մեկ տասներորդ աստիճանի Քելվինի սառեցված դետեկտորների վրա: Դետեկտորները կարող են նմուշառել երկնքը 5 աստիճանից մինչև 1/6 աստիճանի անկյունային լուծումներով: COBE-ը կարող էր հասնել 7 աստիճանից ոչ պակաս:
BOOMERANG-ը, որը սկսվել է որպես MAXIMA-ի հետ համագործակցության արդյունքում, բաժանվել է ավելի ռիսկային մոտեցմամբ՝ թռիչք կատարելով Անտարկտիդայի օդապարիկներից՝ 10 օր կամ ավելի դիտարկելու նպատակով՝ ավելի քիչ հաճախակի թռիչքի գնով, սովորաբար՝ երկու: մինչև երեք տարի ընդմիջումներով:MAXIMA-ն, որը արձակվել է ԱՄՆ-ից, կարող է թռչել տարին մեկ կամ երկու անգամ, ավելի զգայուն է և ավելի մանրակրկիտ նայում է երկնքի փոքր հատվածին, մինչդեռ ԲՈՒՄԵՐԱՆԳ-ը տվյալներ է հավաքում երկնքի ավելի մեծ տարածքի վրա:
MAXIMA 2-ը թռավ 1999 թվականի հունիսին և դիտեց մոտավորապես երկու անգամ ավելին, քան MAXIMA 1-ը: MAXIMA 3-ը կթռչի այս տարվա աշնանը և կփորձի չափել տիեզերական ֆոնային ճառագայթման բևեռացումը, որը երբեք չի դիտարկվել։
«Այն, որ ճառագայթումը բևեռացված է, գնաճային տեսությունների ևս մեկ կանխատեսում է», - ասաց Հանանին: «Բևեռացման չափումները նոր սահմանն են տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային հետազոտության մեջ»:
MAXIMA 1-ի և 2-ի տվյալների շարունակական վերլուծությունը՝ զուգորդված 1992 թվականի COBE-ի տվյալների և, ի վերջո, ԲՈՒՄԵՐԱՆԳ-ի տվյալների հետ, պետք է ապահովի բոլոր տիեզերաբանական պարամետրերի ավելի լավ չափումներ, ասում է տիեզերաբան Ադրիան Լին::
«Մենք դեռ շատ բան կարող ենք ստանալ MAXIMA-ի տվյալներից: Մենք ոսկի ենք փնտրում այդ Դոպլեր բլուրներում», - ասաց նա:
Հղումներ՝
Աստղաֆիզիկական ամսագրի նամակներ՝
Լրացուցիչ տեղեկություններ կարելի է գտնել MAXIMA վեբ էջում՝
Լրացուցիչ լուսանկարներ կարելի է գտնել այստեղ՝
