• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Från ett nästan perfekt universum till det bästa av två världar

    Plancks syn på den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Kredit:ESA/Planck Collaboration

    Det var den 21 mars 2013. Världens vetenskapliga press hade antingen samlats i ESA:s Paris högkvarter eller loggat in online, tillsammans med en mängd forskare runt om i världen, att bevittna det ögonblick då ESA:s Planck -uppdrag avslöjade sin "bild" av kosmos. Den här bilden togs inte med synligt ljus utan med mikrovågor.

    Medan ljus som våra ögon kan se består av små våglängder - mindre än en tusendels millimeter i längd - strålningen som Planck upptäckte sträckte sig över längre våglängder, från några tiondelar till en millimeter till några millimeter. Viktigast, det hade genererats i början av universum.

    Kollektivt, denna strålning är känd som den kosmiska mikrovågsbakgrunden, eller CMB. Genom att mäta dess små skillnader över himlen, Plancks image hade förmågan att berätta om åldern, expansion, historia, och innehållet i universum. Det var inget mindre än den kosmiska planen.

    Astronomer visste vad de hoppades se. Två NASA -uppdrag, COBE i början av 1990 -talet och WMAP under det följande decenniet, hade redan gjort en analog uppsättning himmelundersökningar som resulterade i liknande bilder. Men dessa bilder hade inte Plancks precision och skärpa.

    Den nya synen skulle visa avtryck av det tidiga universum i noggranna detaljer för första gången. Och allt åkte på den.

    Om vår modell av universum var korrekt, då skulle Planck bekräfta det till en aldrig tidigare skådad noggrannhet. Om vår modell hade fel, Planck skulle skicka tillbaka forskare till ritbordet.

    Verksam mellan 2009 och 2013, ESA:s Planck -uppdrag skannade himlen vid mikrovågsvåglängder för att observera den kosmiska mikrovågsbakgrunden, eller CMB, vilket är det äldsta ljuset som avges i vårt universums historia. Data från Planck har avslöjat ett "nästan perfekt universum":standardmodellbeskrivningen av ett kosmos som innehåller vanlig materia, kall mörk materia och mörk energi, befolkad av strukturer som hade sådds under en tidig fas av inflationsexpansion, är i stort sett korrekt, men några detaljer att pussla över återstår. Med andra ord:det bästa av två världar. Kredit:ESA/Planck Collaboration

    När bilden avslöjades, data hade bekräftat modellen. Anpassningen till våra förväntningar var för bra för att dra någon annan slutsats:Planck hade visat oss ett "nästan perfekt universum". Varför nästan perfekt? Eftersom några avvikelser återstod, och dessa skulle vara i fokus för framtida forskning.

    Nu, fem år senare, Planck -konsortiet har gjort sin slutgiltiga dataflösning, känd som den äldre dataflösten. Budskapet förblir detsamma, och är ännu starkare.

    "Detta är Plancks viktigaste arv, "säger Jan Tauber, ESA:s Planck Project Scientist. "Hittills har standardmodellen för kosmologi överlevt alla tester, och Planck har gjort de mätningar som visar det. "

    Alla kosmologiska modeller bygger på Albert Einsteins allmänna relativitetsteori. För att förena de allmänna relativistiska ekvationerna med ett brett spektrum av observationer, inklusive den kosmiska mikrovågsbakgrunden, standardmodellen för kosmologi inkluderar verkan av två okända komponenter.

    Den kosmiska mikrovågsbakgrunden:temperatur och polarisering. Kredit:ESA/Planck Collaboration

    För det första, en attraktiv sakkomponent, kallad kall mörk materia, som till skillnad från vanlig materia inte interagerar med ljus. För det andra, en motbjudande form av energi, känd som mörk energi, som driver den för närvarande accelererade expansionen av universum. De har visat sig vara viktiga komponenter för att förklara vårt kosmos utöver den vanliga materia vi känner till. Men ännu vet vi inte vad dessa exotiska komponenter egentligen är.

    Planck lanserades 2009 och samlade in data fram till 2013. Dess första release - som gav upphov till det nästan perfekta universum - gjordes under våren samma år. Den baserades enbart på temperaturen för den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, och använde endast de två första himmelundersökningarna från uppdraget.

    Uppgifterna gav också ytterligare bevis för en mycket tidig fas av accelererad expansion, kallas inflation, i den första lilla bråkdelen av en sekund i universums historia, under vilken frön av alla kosmiska strukturer såddes. Ger ett kvantitativt mått på den relativa fördelningen av dessa urfluktuationer, Planck gav den bästa bekräftelsen någonsin av inflationsscenariot.

    Förutom att kartlägga temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden över himlen med oöverträffad noggrannhet, Planck mätte också dess polarisering, vilket indikerar om ljuset vibrerar i en föredragen riktning. Polarisationen av den kosmiska mikrovågsbakgrunden bär ett avtryck av den sista interaktionen mellan strålning och materiepartiklar i det tidiga universum, och som sådan innehåller ytterligare, all viktig information om kosmos historia. Men den kan också innehålla information om de allra första ögonblicken av vårt universum, och ge oss ledtrådar för att förstå dess födelse.

    Universums historia. Upphovsman:European Space Agency

    År 2015, en andra dataflösning sammanfogade all data som samlats in av uppdraget, vilket uppgick till åtta himmelundersökningar. Det gav temperatur och polarisering men kom med en försiktighet.

    "Vi kände att kvaliteten på några av polarisationsdata inte var tillräckligt bra för att användas för kosmologi, "säger Jan. Han tillägger att det - naturligtvis - inte hindrade dem från att göra kosmologi med det utan att vissa slutsatser som drogs vid den tiden behövde ytterligare bekräftelse och därför bör behandlas med försiktighet.

    Och det är den stora förändringen för den här 2018 -versionen av äldre data. Planck -konsortiet har slutfört en ny behandling av uppgifterna. De flesta av de tidiga tecknen som krävde försiktighet har försvunnit. Forskarna är nu säkra på att både temperatur och polarisering är exakt bestämda.

    "Nu är vi verkligen övertygade om att vi kan hämta en kosmologisk modell som enbart bygger på temperatur, enbart på polarisering, och baserat på både temperatur och polarisering. Och de matchar alla, säger Reno Mandolesi, huvudutredare för LFI -instrumentet på Planck vid University of Ferrara, Italien.

    Mätningar av Hubble -konstanten. Kredit:ESA/Planck Collaboration




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com