Vandenilio jungtys atskleidžia tamsiąją energiją | gamta

Vandenilio jungtys atskleidžia tamsiąją energiją | gamta

Anonim

Dalykai

  • Astronomija ir astrofizika

Vandenilio dujų pėdsakai, aptikti didžiuliuose kosmoso regionuose, pirmą kartą buvo naudojami kaip standartinė liniuotė tamsiosios energijos matavimui - nežinomai kosminei energijai, dėl kurios spartėja Visatos plėtimasis.

Rašydamas „ Astronomy & Astrophysics“ ir „ Cosmology and Astroparticle Physics“ žurnale , „Baryon Oscillation Spectroscopic Survey“ (BOSS) bendradarbystės ataskaitoje rašoma 1, 2 apie tai, kaip ji pasinaudojo kosminių vandenilio dujų stebėjimais, siekdama nustatyti Visatos plėtimosi greitį dar prieš epochą. prasidėjo pagreitis.

Tai, kad Visatos ekspansija pradėjo spartėti maždaug prieš 7 milijardus metų, dabar yra pripažinta standartinio kosmologinio modelio dalis. Vis dėlto tai, kas sukelia pagreitį, lieka paslaptimi. Sąvoka „tamsi energija“ apima keletą teorinių galimybių, tačiau norint jas atskirti, reikia daugiau informacijos, pavyzdžiui, ar tamsi energija yra pastovi, ar kinta laikui bėgant.

Iki šiol astronomus ribojo tai, kad dauguma stebėjimų buvo nukreipti į gana artimą Visatą (esant raudonajam poslinkiui ( z ), mažesnei nei maždaug 1, kur supernovos ir galaktikos yra lengvai matomos) arba toli (ties z maždaug 1100, kur matyti didžiojo sprogimo liekanos). BOSS komanda užpildo šį raudonojo poslinkio atotrūkį ir matuoja kosminį plėtimąsi ties z maždaug 2, 3, tai yra laikas, kai Visata buvo mažesnė nei ketvirtadalis jos dabartinio numatomo 13, 8 milijardo metų.

Šis stulbinantis matavimas patvirtina tamsiosios energijos egzistavimą ir, kas įdomiausia, nerodo jokio ženklo, kad ji kito per pastaruosius 10 milijardų metų. Tamsi energija išlieka suderinta su Einšteino kosmologine konstanta - rezultatą, kurį lengvai būtų paneigta gavus duomenis iš šių atstumų. Šis matavimas buvo įmanomas BOSS komandos pastangomis. Bendradarbiaujama siekiant gauti 1, 6 milijono galaktikų ir 150 000 kvazarų (ypač šviečiančių aktyvių galaktikų centrines dalis) spektrus naudojant „Sloan Digital Sky Survey“ 2, 5 metro teleskopą Apache Point observatorijoje Sunspot mieste, Naujojoje Meksikoje. Tikslas yra nustatyti materijos pasiskirstymą daugiau nei pusėje stebimos Visatos. Pasiskirstymas nėra atsitiktinis ir turi daug informacijos apie tamsiąją energiją, tamsiąją medžiagą ir gravitacijos jėgą.

Nuo tada, kai 1998 m. Supernovų stebėjimai atskleidė, kad Visatos plėtimasis įsibėgėja, buvo dedamos didžiulės pastangos išmatuoti šį pagreitį pakankamai detaliai, kad būtų bandoma išsiaiškinti priežastį. Tarp pagrindinių stebimų parametrų buvo baronų akustiniai virpesiai. Šiuos virpesius suformavo garso bangos ankstyvojoje Visatoje, kuri tada buvo tokia tanki, kad garsas visur sklidė daugiau nei puse šviesos greičio. Maždaug 300 000 metų po Didžiojo sprogimo Visata išsiplėtė tiek, kad materija nebebuvo tokia tanki, kad sklistų garso bangos. Tada bangos užšąla į savo vietą, palikdamos būdingą skalę, įspaustą pirmykščio tankio pasiskirstyme, iš kurio galų gale susidarytų galaktikos.

Per pastarąjį dešimtmetį tokiose galaktikų apžvalgose, kaip dviejų laipsnių lauko galaktikos „Raudonojo poslinkio tyrimas 3“, „Šešių laipsnių lauko„ galaktikos tyrimas 4 “, „ Sloan “skaitmeninio dangaus tyrimas 5 ir„ WiggleZ “tamsiosios energijos tyrimas 6, buvo aprašytas galaktikų pasiskirstymas Visatoje. vis didesniais atstumais. Jie visi atskleidė būdingą baronų-akustinių virpesių skalę galaktikų pasiskirstymo modelyje. Taikant tą skalę kaip standartinę liniuotę, plėtimosi pagreitis buvo gražiai patvirtintas tokiu tikslumu, kuris dabar yra toks pat, koks buvo gautas atlikus supernovų tyrimus.

BOSS yra kita apklausa toje pačioje išskirtinėje linijoje, tačiau komanda dar labiau matė stebėdama kvazarus. Ypatingas kvazarų ryškumas atsiranda dėl to, kad įkaista medžiaga, kuri aktyviai patenka į jas priglobiančių galaktikų centrines juodąsias skylutes. Komanda panaudojo šiuos kvazarus kaip „foninį apšvietimą“ aptikti nepriekaištingas vandenilio dujas, skverbiančias Visatą tarp galaktikų. Kai saulės šviesa praeina pro medžio šakas, lapų modelį gali nulemti jų metami šešėliai (1 pav.). Panašiai, kai kvazaro šviesa praeina pro vandenilio debesis, absorbuota šviesa pateikia žemėlapį, kur yra vandenilis.

Image

Iš žemės šešėlių modelio galima spręsti apie medžio lapų modelį. BOSS 1, 2 komanda pasinaudojo „šešėliais“ tolimųjų kvazarų spektruose, kad nustatytų vandenilio dujų pasiskirstymą Visatoje ir aptiktų tamsiosios energijos poveikį. Vaizdas: MASKOT / GETTY

Visas dydis

Tai nėra pirmas kartas, kai vandenilis atsekiamas naudojant kvazarus kaip foninį apšvietimą. Tai nėra pirmas kartas, kai matuojami baronų akustiniai virpesiai. Tačiau tai yra pirmas kartas, kai vandenilis buvo naudojamas matuoti baronų akustinius virpesius, ir tai kol kas yra toliausias Visatos plėtimosi greičio matavimas.

Šis įspūdingas rezultatas palaiko mintį, kad paprasčiausias tamsiosios energijos modelis - kad ji yra pastovi - tikrai yra geriausias. Tai palieka astronomus įdomioje padėtyje. Kaip dalelių fizikai rado Higso bozoną ten, kur tikėjosi rasti, kosmologai tamsiąją energiją rado ten, kur paprasčiausia teorija numato.

Kur mes einame iš čia? Problema išlieka ta, kad nėra gero teorinio paaiškinimo nei tamsiosios energijos, nei tamsiosios medžiagos atžvilgiu. Stebėjimai ir toliau tobulės, tačiau tampa aišku, kad realūs lūžiai yra teoriniai. Tam tikra prasme pastebėjimai yra nesunkūs. Turint daugiau laiko, geresnę įrangą, kruopščią analizę ir padidinant asmens galią, matavimus visada galima patobulinti. Teorija yra daug sunkesnė. Laikas negarantuoja proveržio ir gali būti, kad „kitas didelis dalykas“ gali pasimesti skurdžiose teorijose, nes trūksta pakankamai charizmatiško šalininko.

Naujos kartos kosmologijos eksperimentuose stebėtojai, suprasdami šią problemą, stengiasi informuoti teoriją skirtingais būdais. Jie teikia įvairių tipų stebėjimus, kurie galėtų padėti atskirti teorijas ir nukreipti teoretikų tyrimus.

Tuo tarpu mane ir toliau baugina tai, kad žmonės sugeba išmatuoti vandenilio pasiskirstymą, koks buvo daugiau nei prieš 6 milijardus metų iki Žemės susiformavimo, ir susieti jį su garso bangomis kūdikio Visatoje, taikydami tik paprastas fizines sąvokas, tokius kaip slėgis ir gravitacija, kurie taip pat valdo kasdienį gyvenimą Žemėje. Šis faktas dar labiau padidina mano pasitikėjimą bendru kosmologijos atskleistu paveikslu ir yra pakankamas įkvėpimas tęsti pastangas išsiaiškinti likusias paslaptis.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.