Objavljeni su rezultati trogodišnjeg rada satelita WMAP • Sergej Popov • Znanstvena vijest o "Elementima" • Astronomska znanstvena slika dana

Rezultati tri godine rada satelitskog WMAP-a

Zemljopisna karta anizotropije temperature zračenja s podudarnim polarizacijskim podacima. Podaci dobiveni rezultatima trogodišnjeg rada satelita WMAP (slika s WMAP Projekta)

Niz članaka izgledalo je posvećeno rezultatima tri godine promatranja kozmičke mikrovalne pozadine na WMAP satelitu. Općenito, potvrdili su prethodne rezultate dobivene na ovom uređaju. Navedeni su osnovni kozmološki parametri. Od novih rezultata glavna je činjenica da smo uspjeli dobiti podatke o polarizaciji CMB-a, a također i pojasniti vrijeme epoha reionizacije. Korespondira se s crvenom izmjenom z = 10, što je manje od procjene dobiveno prije tri godine.

WMAP satelit (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) pokrenut je u lipnju 2001. Njegova je zadaća proučiti kozmičku pozadinu mikrovalova (poznatije kao čitatelj ruskog jezika kao reliktno zračenje). Relijska zračenja nose informacije o razdoblju mladosti Svemira, o vremenu kada još nisu postojale zvijezde ili galaksije. Tada je prošlo oko 300.000 godina od Velikog praska. Kao rezultat ekspanzije, Svemir se hladi, postao je manje gipki i konačno postao transparentan zračenju. To se dogodilo zbog rekombinacije, t.E. Tvar koja je ionizirana postala je uglavnom neutralna: elektroni i atomske jezgre (uglavnom vodik i helij) u kombinaciji. Zbog neprozirnosti Svemira, nemoguće je registrirati svjetlo emitirano prije trenutka rekombinacije.

Sada vidimo da su fotoni jako crvenjeni zbog kozmološke ekspanzije, koji su emitirani u tom trenutku sudbine. Zatim je temperatura bila nekoliko tisuća stupnjeva. Sada je temperatura CMB manja od 3 stupnja na skali Kelvina, što odgovara činjenici da se Svemir protezao više od 1000 puta (tj. Crveni pomak za CMB je nešto veći od 1000, koeficijent istezanja je z + 1, gdje je z crvena pomak). Temperatura od oko 3 K odgovara mikrovalnom zračenju. Otkriveno je 60-ih godina A. Penzias i R. Wilson. Od tada su podaci o pozadini relikvija postali jedan od stupova promatranja kozmologije. Za otkriće relikvija 1978. godine, Wilson i Penzias dobili su Nobelovu nagradu u fizici.

Temperatura kozmičkog mikrovalnog zračenja rasprostire se neujednačeno po nebu (na slici, plava područja odgovaraju temperaturama ispod prosjeka i crvenim područjima iznad prosjeka).Ove "hrapavosti" mogu se upotrijebiti za dobivanje najvažnijih podataka o našem svemiru: kakvi su doprinosi tamne energije, tamne i obične barionske materije do ukupne gustoće Svemira, što je jednako Hubbleovoj konstanti, što je bio spektar početnih nehomogenosti, od kojih su sve strukture kasnije formirane itd. Zato astronomi stvaraju sve više i više novih instrumenata za preciziranje starih podataka i dobivanje novih.

Da biste dobili kompletnu kartu kozmičkog pozadinskog zračenja, potrebno je provesti zapažanja iz svemira. Početkom 90-ih već su letjeli dva specijalizirana satelita: ruski Prognoz-9 (relicni eksperiment, 1983-84) i US COBE (Cosmic Background Explorer, 1989-93). Osim toga, postoji mnogo jeftinijih eksperimenata utemeljenih na tlu (ili balonima, tj. Balonima) koji promatraju samo "kut neba", a ne cijelu nebesku sferu. Danas je to WMAP satelit koji je najbrojniji: najmoderniji, najučinkovitiji, itd. Prema tome, upravo su njegovi rezultati posebno važni za kozmologiju.

Lako je izračunati da tri godine rada WMAP-a nisu završile danas. Rezultati za prvu godinu rada objavljeni su prije više od 3 godine! Dugo (dulje od očekivanog) bilo je obrada novih podataka.Činjenica je da je vrlo teško izolirati sitnu "hrapavost" na razini od otprilike 0,001%. Doista, u području mikrovalova, ne postoji samo pozadinsko zračenje. Prije svega, naša galaksija "interferira" (postoji mnogo izvora emitiranja mikrovalnog zračenja). Tada morate oduzeti doprinos "ekstra" izvangalaktičkih izvora. I tek nakon takvog "prosijavanja" može se dobiti zlatni dio podataka o ranom svemiru.

Što imamo? Najvažniji zaključak: nije bilo osjećaja. Autori oba radova kvalitativno potvrđuju rezultate dobivene nakon obrade jedne godine promatranja. Pojednostavljene su vrijednosti parametara standardnog modela. Naravno, nesigurnosti i pogreške su se smanjile. (Napominjem, međutim, da se kozmologija, a ne samo, skup parametara, u određenom smislu, ovisi o modelu – to jest, prvo odaberete model, a zatim definirate parametre u njemu. Udio barionske tvari u svemiru je oko 4%. Hubbleova konstanta je oko 73 km / s / Mpc.

Jedno od važnih pojašnjenja je zbog činjenice da nas je era naše reionizacije približila.Inicijalna nesigurnost u crvenom pomaku koja odgovara ovoj epohi (z = 10-30) smanjena je na z od oko 10. Sada je puno lakše objasniti reionizaciju, jer je dovoljno teško generirati dovoljno izvora za veliki z, a za z = 10 to bi trebalo biti očito prvih zvijezda i kvazara.

Glavna stvar je nova: dobivaju se podaci o polarizaciji pozadinskog zračenja (na slici, bijele linije odgovaraju podacima o polarizaciji). Nepolariziranu svjetlost karakterizira činjenica da se smjerovi vektora, na primjer, električno polje elektromagnetskih valova mijenjaju nasumično (riječ je o fluktuaciji zračenja koji se sastoji od velikog broja valova, strogo monokromatsko zračenje je uvijek polarizirano). Govore o dvije vrste polarizacije: linearno i kružno. U prvom slučaju, vektor, na primjer, električno polje zadržava svoju orijentaciju u prostoru. U drugom se rotira oko smjera širenja vala kutnom brzinom jednakom učestalosti vala (vidi detalje ovdje).

Polarizacija CMB-a predvidjela je Martin Rees ubrzo nakon otkrića samog zračenja, kasnih 60-ih godina.Ugodno je napomenuti da je ključni rad na ovoj temi bio članak sovjetskih znanstvenika Baska i Polnareva, objavljen 1980. godine. Prvi put je skupina iz Chicaga objavila opažanja polarizacije reliktne radijacije prije nekoliko godina.

Zašto se pojavljuje polarizacija relikvija? Ako se svjetlo jednostavno "odvoji od tvari" u odsustvu anizotropije, onda bi početno nepolarno zračenje ostalo tako. To nije slučaj ako postoje perturbacije gustoće, brzine materije i metričkih vrijednosti. Analiza omogućuje izoliranje doprinosa različitih učinaka na promatranu polarizaciju. (Na ruskom jeziku možete detaljno pročitati u knjizi P. Naselsky i dr. "Relijska zračenja Svemira", a ukratko i popularnije u knjizi M. Sazhin, "Moderna kozmologija ukratko", o pojavi polarizacije zračenja iz astronomskih izvora, ali bez primjene na relikt zračenja, moguće je pročitati ovdje.) Važno je da se prema polarizacijskim podacima može doprinijeti primarni perturbacija gustoće tvari i primarnih gravitacijskih valova.

Postoje različite metode vizualizacije polarizacije.Obično je polarizacija prikazana segmentima čija orijentacija odgovara orijentaciji polarizacijske ravnine i duljine – do vrijednosti (ili logaritma veličine) jednog od parametara koji karakterizira polarizaciju. Opis odabrane metode je u svakom slučaju prilično teško. Stoga će fotografije objavljene na Internetu s bijelim crtama vjerojatno ostati vrlo neinformativne za javnost. Morat ćemo se osloniti na verbalni opis.

Kada smo analizirali polarizaciju pozadinskog zračenja, morali smo se dugo boriti s buke. Pored svih uobičajenih za relikvanje "dodatnih" izvora, postalo je potrebno prevladati doprinos polarizacije koji je nastao u doba reionizacije. Ovo je trenutak vremena koji odgovara približnom crvenom mijenjanju z = 10, kada su nastali izvori (prve zvijezde ili prva aktivna galaktička jezgra još nisu točno poznate) zagrijavale su materiju u Svemiru i ponovno su ionizirane.

Proučavanje polarizacije kozmičkog pozadinskog zračenja omogućava, posebice, značajna ograničenja inflacijskih modela. Činjenica je da polarizacija relikvije omogućuje procjenu doprinosa gravitacijskih valova koji su nastali u vrlo ranom svemiru. U različitim inflacijskim modelima ovaj je doprinos različit.Podaci tri godine rada WMAP-a pružaju ozbiljnu gornju granicu gustoće gravitacijskih valova. Neke su teorije predvidjele veći doprinos reliktskih gravitacijskih valova od postojeće gornje granice. Prema tome, takve teorije mogu se odbaciti.

Ipak, konačni izbor teorije (i doista, konačna potvrda postojanja faze napretka ili, naprotiv, "zatvaranje") još uvijek je daleko. Nešto će dodati daljnja opažanja o WMAP-u, nešto – eksperimente na balonima ili na temelju očitovanja. No značajan napredak se očekuje samo s lansiranjem satelita sljedeće generacije. Ovo će biti europski uređaj Planck.

izvori:
1) D.N. Spergel i sur. Wilkinsonova mikrovalna anizotropna sonda (WMAP) Tri godine Rezultati: Astro-ph / 0603449.
2) L. Page i sur. Tri godine Wilkinsonova mikrovalna anizotropna sonda (WMAP) Zapažanja: Analiza polarizacije // astro-ph / 0603450.

Sergej Popov

Vidi također:
Igor Ivanov, Astrofizika u zbunjenosti: Svemir, čini se, ima posvećenu os – "Elementi", 08.19.2005.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: