April 16, 2024

Το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου έχει έναν «χάρτη θησαυρού» για τα μυστικά της σκοτεινής ύλης

Το αρχαίο κοσμικό φως που έχει γεμίσει ομοιόμορφα το σύμπαν από περίπου 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσε να λειτουργήσει ως χάρτης θησαυρού που καθοδηγεί τους επιστήμονες στα μυστικά της σκοτεινής ύλης.

Το Κοσμικό Φόντο Μικροκυμάτων (CMB) αναφέρεται στο πρώτο φως που ταξιδεύει ελεύθερα στο σύμπαν. Το ταξίδι τους ξεκίνησε αφού το διάστημα επεκτάθηκε και ψύχθηκε αρκετά ώστε να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια να σχηματίσουν τα πρώτα άτομα, πράγμα που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια δεν σκέδαζαν πλέον ατελείωτα φωτόνια και το σύμπαν έγινε αμέσως από αδιαφανές σε διαφανές.

Το CMB, ή η «επιφάνεια της τελευταίας διασποράς» όπως είναι μερικές φορές γνωστή, καταγράφηκε από μια νέα βελτιωμένη κάμερα που ονομάζεται SPT-3G. Το SPT-3G βρίσκεται στο τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου και κατάφερε να καταγράψει το φαινόμενο μετά από πέντε χρόνια λειτουργίας και αυτά τα αρχικά δεδομένα υποδηλώνουν συναρπαστικές μελλοντικές εξελίξεις.

«Το CMB είναι ένας χάρτης θησαυρού για τους κοσμολόγους», δήλωσε σε μια δήλωση ο Zhaodi Pan, επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας και επιστήμονας στο Εθνικό Εργαστήριο Argonne. «Οι μικροσκοπικές τους διακυμάνσεις στη θερμοκρασία και την πόλωση παρέχουν ένα μοναδικό παράθυρο στη βρεφική ηλικία του σύμπαντος».

Σχετίζεται με: Πώς ο διάδοχος του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων θα αναζητήσει το σκοτεινό σύμπαν

Ωστόσο, όπως θα σας πει κάθε πειρατής, όλοι οι καλοί χάρτες θησαυρού χρειάζονται ένα κλειδί για ανάγνωση. Στην περίπτωση αυτού του κοσμικού χάρτη θησαυρού, η κατανομή της σκοτεινής ύλης αποκαλύπτεται μόνο υπό το φως της θεωρίας της βαρύτητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915: Γενική Σχετικότητα.

Μια εικόνα του CMB που τραβήχτηκε από το τηλεσκόπιο Planck δείχνει μικρές παραλλαγές που μπορεί να είναι αποκαλυπτικές για τους κοσμολόγους.

Μια εικόνα του CMB που τραβήχτηκε από το τηλεσκόπιο Planck δείχνει μικρές παραλλαγές που μπορεί να είναι αποκαλυπτικές για τους κοσμολόγους.

Διαβάζοντας έναν κοσμικό χάρτη με τον Αϊνστάιν

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι όλοι οι γαλαξίες καλύπτονται από τεράστια φωτοστέφανα σκοτεινής ύλης. Στην πραγματικότητα, αυτή η μυστηριώδης μορφή ύλης είναι τόσο πανταχού παρούσα που αντιπροσωπεύει το 68% του συνόλου της ύλης στο σύμπαν.

Ωστόσο, επειδή η σκοτεινή ύλη δεν αποτελείται από άτομα που αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια (γνωστά συλλογικά ως βαρυόνια), δεν αλληλεπιδρά με το φως. Ωστόσο, η σκοτεινή ύλη έχει μάζα και αυτό σημαίνει ότι αλληλεπιδρά με τη βαρύτητα.

Εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η γενική σχετικότητα. Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν λέει ότι όλα τα αντικείμενα με μάζα προκαλούν μια καμπυλότητα στο χωροχρόνο, την ενωμένη 4-διάστατη οντότητα που αποτελείται από τις τρεις διαστάσεις του χώρου και τη μοναδική διάσταση του χρόνου.

γράφημα βαρυτικού φακούγράφημα βαρυτικού φακού

γράφημα βαρυτικού φακού

Όταν το φως από μια πηγή φόντου διέρχεται από αυτήν την καμπυλότητα στο χώρο που προκαλείται από τη μάζα, η διαδρομή του εκτρέπεται. Για αντικείμενα μεγάλης μάζας, όπως οι γαλαξίες, το φως του φόντου μπορεί να λυγίσει τόσο πολύ που οι γαλαξίες ή τα αστέρια από τα οποία προέρχεται φαίνεται να έχουν μετατοπιστεί στον ουρανό. Σε ακραίες περιπτώσεις, το φως που διέρχεται από αυτό το ενδιάμεσο αντικείμενο μπορεί να πάρει μονοπάτια γύρω από το αντικείμενο που καμπυλώνουν σε διαφορετικούς βαθμούς, πράγμα που σημαίνει ότι μερικές φορές μια πηγή μπορεί ακόμη και να εμφανιστεί σε πολλά σημεία της ίδιας εικόνας.

Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται βαρυτικός φακός και χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό από όργανα όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για την προβολή αχνών γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν. Μια πιο λεπτή εκδοχή αυτού του φαινομένου, ο βαρυτικός μικροφακός, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιορίσει περισσότερα σχετικά με το αντικείμενο που ενεργεί ως φακός (σε αυτή την περίπτωση, η σκοτεινή ύλη).

Ωστόσο, για να απεικονίσουν ένα δίκτυο σκοτεινής ύλης σε όλο το σύμπαν, οι επιστήμονες χρειάζονται μια πηγή φωτός που είναι εξίσου κοσμικά εκτεταμένη. Αυτό καθιστά το CMB το ιδανικό φως για μια τέτοια επική έρευνα σε φακούς σκοτεινής ύλης.

Ανατολή Σελήνης στο Νότιο Πόλο με σέλας πάνω από το κεφάλι.Ανατολή Σελήνης στο Νότιο Πόλο με σέλας πάνω από το κεφάλι.

Ανατολή Σελήνης στο Νότιο Πόλο με σέλας πάνω από το κεφάλι.

Το SPT-3G ήταν ιδιαίτερα ικανό να εκμεταλλευτεί την έλλειψη παρεμβολής που υπήρχε στην ξηρή, σταθερή ατμόσφαιρα και στην απομακρυσμένη θέση του τηλεσκοπίου του Νότιου Πόλου. Στην πορεία, η έρευνα πρόσθεσε περισσότερη αποδεικτική υποστήριξη για τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν,

«Όσο περισσότερα μαθαίνουμε για την κατανομή της σκοτεινής ύλης, τόσο πλησιάζουμε στην κατανόηση της φύσης και του ρόλου της στο σχηματισμό του σύμπαντος στο οποίο ζούμε σήμερα», είπε ο Παν.

Αν και η νέα ανάλυση είναι το αποτέλεσμα λίγων μόνο μηνών λειτουργίας το 2018, οι μετρήσεις φακών CMB είναι ήδη ανταγωνιστικές σε αυτόν τον τομέα.

“Ένα από τα πραγματικά ενδιαφέροντα μέρη αυτής της μελέτης είναι ότι το αποτέλεσμα προέρχεται από τα ουσιαστικά δεδομένα εκκίνησης από τότε που μόλις ξεκινούσαμε τις παρατηρήσεις με το SPT-3G και το αποτέλεσμα είναι ήδη εξαιρετικό”, δήλωσε η Amy Bender, συγγραφέας της έρευνας και της φυσικής Argonne. , αναφέρεται στην ανακοίνωση. «Έχουμε άλλα πέντε χρόνια δεδομένων που εργαζόμαστε για να αναλύσουμε τώρα, οπότε αυτό είναι απλώς μια υπόδειξη για το τι πρόκειται να ακολουθήσει».

Σχετικές ιστορίες:

— Ένας τεράστιος γαλαξίας χωρίς σκοτεινή ύλη είναι ένα κοσμικό παζλ

— Οι ερευνητές σκάβουν βαθιά υπόγεια με την ελπίδα να παρατηρήσουν επιτέλους τη σκοτεινή ύλη.

— Το τηλεσκόπιο Ευκλείδης «Σκοτεινό Σύμπαν» καταγράφει τις πρώτες έγχρωμες όψεις του Κόσμου (Εικόνες)

Ακόμη και χρησιμοποιώντας ένα αποκλειστικό σύμπλεγμα υπολογιστών στο Κέντρο Υπολογιστικών Πόρων του Εργαστηρίου Argonne, η ανάλυση μηνών δεδομένων από την κάμερα SPT-3G είναι επίπονη δουλειά που διαρκεί χρόνια.

Μελλοντικά αποτελέσματα από την κάμερα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να αντιμετωπίσουν ένα άλλο μακροχρόνιο κοσμικό μυστήριο: τη φύση της σκοτεινής ενέργειας, την άγνωστη δύναμη που οδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

«Κάθε φορά που προσθέτουμε περισσότερα δεδομένα, βρίσκουμε περισσότερα πράγματα που δεν καταλαβαίνουμε», κατέληξε ο Bender. “Καθώς ξεφλουδίζετε τα στρώματα αυτού του κρεμμυδιού, μαθαίνετε όλο και περισσότερα για το όργανό σας και επίσης για την επιστημονική σας μέτρηση του ουρανού.”

Τα πρώτα αποτελέσματα από την κάμερα SPT-3G δημοσιεύτηκαν πέρυσι στο περιοδικό Physical Review D.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *