الفلك

هل ستظهر لنا فجوة مستقبلية في الخلفية الكونية الميكروية حافة الكون؟

هل ستظهر لنا فجوة مستقبلية في الخلفية الكونية الميكروية حافة الكون؟

إذا كان فهمي صحيحًا ، فإن الخلفية الكونية الميكروية تأتي دائمًا من أفق الحدث لدينا. أعني بأفق الحدث حافة الكون المرئي.

إذا كان الكون محدودًا ، فهل هذا يعني أنه بعد مرور بعض الوقت (ربما ببلايين السنين؟) سيبدأ وجود ثقب في CMB. نظرًا لأن أفق الحدث لدينا يسمح لنا برؤية CMB من مناطق أبعد وأبعد ، ألا يوجد وقت حيث ستصل إلى حافة الكون؟

إذا كانت هذه هي الحالة ، بناءً على العدد المعروف للذرة وكتلة الكون ، فهل من الممكن حساب متى سيحدث هذا؟


أولاً ، اسمحوا لي أن أوضح سوء فهم:

أفق الجسيمات

تسمى "حافة" الكون المرئي بـ أفق الجسيمات، وتقع على بعد حوالي 47 غلي (مليار سنة ضوئية). إنه ينحسر دائمًا ، بسبب تمدد الكون ولأن الضوء القادم من مسافات كبيرة بشكل متزايد يصل إلينا في النهاية. في إحداثيات comoving (نظام الإحداثيات الذي يتوسع جنبًا إلى جنب مع الكون) ، يصل بشكل مقارب إلى حجم محدود (حوالي 63 Gly) ، لكنه يزيد إلى الأبد في الإحداثيات المادية$ ^ خنجر $.

أفق الحدث

ال حدث الأفق هو الحد الفاصل بين الجزء الذي يحتوي على المجرات (والأشياء الأخرى) من الكون والذي يمكن للضوء المنبعث منه اليوم أن يصل إلينا ، والجزء الذي لن يصل إليه. حاليًا ، يبعد 17 Gly تقريبًا ، لكن أفقه يتقلص دائمًا بسبب تسارع تمدد الكون. بعبارة أخرى ، الأشياء الموجودة خارج أفق الحدث بعيدة جدًا لدرجة أن التمدد يحملها بعيدًا بسرعة كبيرة جدًا بحيث لا يصلنا الفوتون الذي تم تعديله اليوم.

وهكذا ، في Big Bang (BB) ، كان أفق الحدث 63 يبتعد Gly ، لأن هذه كانت أقصى مسافة يمكننا من خلالها تلقي المعلومات.

سوف يتخلف CMB دائمًا خلف أفق الجسيمات

كلما نظرنا بعيدًا ، كلما نظرنا إلى الوراء في الوقت المناسب. إذا كانت هناك مجرات ثانية بعد BB و إذا كانت لدينا التكنولوجيا للنظر إلى هذا الحد ، وسنراهم بعد BB مباشرةً ، وسيكونون على بعد 47 غلي. ومع ذلك ، لم تولد المجرات حتى عدة مئات من Myr (ملايين السنين) بعد BB. والآن على سؤالك: لم تنبعث CMB في BB ، لذا فهو ليس أصله من منطقة تبعد الآن 47 Gly. وبدلاً من ذلك ، تم انبعاثه 380 ألف سنة بعد BB ، وتم انبعاثه من الكل الكون ، في الكل الاتجاهات.

لم تكن هذه الانبعاثات فورية ، ولكنها تقريبًا (استغرقت ما يقرب من 10000 سنة) ، لذلك دعونا نفترض الآن أنها كانت كذلك. دعنا نسمي ذلك الوقت $ t_ mathrm {CMB} $. في هذه الحالة ، لأن الضوء ينتقل عند $ c = 300 ، 000 ، mathrm {km} ، mathrm {s} ^ {- 1} $، إذا كنت حاضرًا بعد ثانية واحدة $ t_ mathrm {CMB} $، سترى CMB التي جاءت من جميع المناطق التي كانت على بعد 300000 كم. أي أن CMB سيكون الضوء من غلاف رقيق نصف قطره 300000 كيلومتر.

بعد ثانيتين من BB ، سيكون CMB هو الضوء من قذيفة نصف قطرها 600000 كم ، وهكذا. ومع ذلك ، نظرًا لأن الكون يتمدد ، فإن نصف قطره في الواقع يزيد قليلاً عن 600000 كيلومتر. والآن ، 13.8 Gyr بعد BB ، ومن ثم 13.7996 Gyr بعد انبعاث CMB ، هذه القذيفة ليست على بعد 14 Gyr تقريبًا ، ولكن في الواقع 45 Gly بعيدًا تقريبًا ، ولكن تمامًا ، في أفق الجسيمات.

بسبب التوسع ، تزداد دائمًا المسافة إلى غلاف CMB. وكذلك المسافة إلى أفق الجسيم ، ولأن الإشعاع CMB انبعث بعد BB ، فإن أفق الجسيمات سيكون دائمًا "متقدمًا" على CMB. مع انحسار غلاف CMB ، يتحول إلى انزياح أحمر أكثر فأكثر ، يتلاشى ببطء في الظلام ولكنه لا يختفي أبدًا. هذا بغض النظر عما إذا كان الكون محدودًا أم لا نهائيًا ، باستثناء الحدث الممكن ، ولكن الرائع إلى حد ما ، أن الكون أكبر من ~ 47 Gly التي يمكننا رؤيتها اليوم ، ولكن أصغر من 63 Gly القادمة وهذا هو الحجم الأقصى نحن سيرى من أي وقت مضى.

محدود أم لانهائي؟

لا نعرف ما إذا كان الكون محدودًا أم لا نهائيًا ، ولكن إذا كان الجزء غير المرئي منه يشبه الكون المرئي ، فهو إذن لانهائي. ما يمكننا قوله هو ، على الأقل في الكون المرئي ، انبعاث CMB في كل مكان في الفضاء ، ولا يوجد حاليًا سبب للاعتقاد بأنه كان مختلفًا في مكان آخر (على الرغم من أنه يمكن أن يكون نحلًا ، إذا توسعت بشكل مختلف في أجزاء أخرى). على حد علمنا ، فإن الفضاء متجانس ، مما يعني أنه (في المتوسط) يوجد عدد من الباريونات والفوتونات وجزيئات المادة المظلمة والدراجات في مكان واحد كما هو الحال في مكان آخر. بعبارة أخرى ، على حد علمنا ، لا توجد ميزة. حتى لو كانت محدودة ، فمن الصعب (ومعظم علماء الفلك ، إن لم يكن كلهم) تخيل حافة ؛ بدلاً من ذلك ، يُعتقد أنها "تنحني مرة أخرى على نفسها" ، تمامًا كما أن سطح الكرة محدود المساحة ، ولكن ليس لها حافة.

تشبيه ثنائي الأبعاد

على سبيل القياس ، تخيل أنك تعيش على أرض مسطحة غير محدودة ، يسكنها بالتساوي أشخاص لديهم أصوات عالية. في وقت ما ، الجميع يصرخ "CMB". أولاً ، ستسمع صراخ جيرانك ، بعد ثانية واحدة ستسمع أولئك الذين يعيشون على بعد 340 مترًا ، وبعد دقيقة واحدة ممن يعيشون على بعد 20 كم ، وبعد عام على مسافة 10 ملايين كيلومتر ، وهكذا إلى الأبد.

تخيل الآن الشيء نفسه على الأرض المستديرة. بعد 16 ساعة ، ستسمع الأشخاص الذين يعيشون في نقيض الضبط الخاص بك ، وإذا فهمت بشكل صحيح ، فهذا هو الوقت الذي تتوقع فيه "سماع ثقب في الصوت". لكن الآن ستبدأ في سماع تلك الموجودة أقرب، ولكن أصواتهم كانت تنتقل أكثر من نصف المسافة حول الأرض. بعد 32 ساعة ، ستسمع صراخك. وما إلى ذلك وهلم جرا.

لكن تشبيهنا بالأرض آخذ في التوسع أيضًا. إذا كانت تتوسع بمعدل ثابت ، فإننا سيكون في النهاية نسمع أصدقاءنا المضادة للشفرات. قد تعتقد أنه إذا كان يتمدد بسرعة كافية ، فلن يصل إليك صوته أبدًا ، ولكن كما أوضحه لغز النمل على الشريط المطاطي ، فهذا ليس هو الحال).

ومع ذلك ، فإن أرضنا الخيالية لا تتوسع فقط ، ولكن في الواقع هذا التوسع يتسارع. و في الذي - التي حالة هناك هو حد لمدى يمكنك سماع الناس.

بالعودة إلى الكون الحقيقي ، هناك حد لمدى بُعد المناطق التي قد تتلقى فيها فوتونات CMB (أو أي معلومات أخرى). علاوة على ذلك ، إذا كان الكون محدودًا ، ولم يكن متسارعًا ، فقد تعتقد أنك سترى في النهاية إشعاع الخلفية الكونية المكبر المنبعث من جيراننا وكان يسافر حول الكون. ومع ذلك ، يمكن إثبات أنه ، في هذه الحالة ، سيصل الكون إلى الحد الأقصى للحجم ، ويبدأ في الانهيار ، وينتهي بأزمة كبيرة. بالضبط في الوقت الذي تتوقع فيه رؤية نقيض الشفرات الخاص بك.

فقط في كون محدود مع مزيج خاص نوعًا ما من المادة الجاذبة وتسريع الطاقة المظلمة ، قد يكون من الممكن تأخير الانهيار أو التوسع الأبدي إلى النقطة التي ننظر فيها إلى أنفسنا في النهاية. لكن هذا نوع من الضبط الدقيق.


$ ^ خنجر $ما لم يكن الكون يحتوي على مادة غير معروفة حتى الآن قادرة على وقف التسارع. هذا ممكن تمامًا ، لكن في هذه الإجابة لا أعتبر سوى كونًا حسن السلوك يعمل وفقًا للمعرفة الحالية.


روجر بنروز يشارك في جائزة نوبل في الفيزياء ويدفع نظرية الأكوان الدورية الخاصة به

حصل روجر بنروز على جائزة نوبل في الفيزياء لمساهمته في نماذج الثقوب السوداء.

استخدم بنروز الاهتمام المتجدد لدفع مفهومه البالغ من العمر 30 عامًا عن نقاط هوكينج والأكوان الدورية. هذه النظرية تتحدى نظرية التضخم الكوني.

أعلاه - سماء CMB ، التي تشير إلى 6 نقاط دائرية بارزة ذات درجات حرارة مرتفعة ، وجدت في كل من بيانات Planck و WMAP التي جادل بأنها نتائج لإشعاع هوكينغ من الثقوب السوداء الهائلة في دهر سابق

التضخم الكوني هي نظرية عمرها أربعين عامًا مفادها أن الكون يتمدد بمعدل أعلى بكثير من سرعة الضوء في الأجزاء الأولى من الثانية بعد الانفجار العظيم. اقترح بنروز مفهومًا مضادًا لعلم الكونيات الدوري المطابق (CCC) والذي من خلاله ينتقل التضخم إلى ما قبل الانفجار العظيم والذي يقدم فكرة الدهر السابقة. كانت هناك أكوان قبل كوننا.

كشف تحليل الخلفية الكونية الميكروية (CMB) بواسطة Roger Penrose و Daniel An و Krzysztof Meissner و Pawel Nurowski ، في كل من بيانات Planck و WMAP الساتلية (ثقة 99.98 ٪) ، وهي إشارة قوية لم يتم ملاحظتها من قبل. هناك نقاط دائرية أكبر من قطر البدر 8 مرات. الأكثر سطوعًا هو ∼ 30 ضعف متوسط ​​التغيرات في درجة حرارة CMB التي شوهدت في نفس المواقع بالضبط في بيانات Planck و WMAP.

كان من المفترض أن تكون المرحلة التضخمية لعلم الكونيات القياسي قد ألغت أيًا من هذه السمات.

في CCC ، هناك تتابع لانهائي من الدهور ، كل منها له أصل كبير وهو استمرار امتثالي أو المستقبل البعيد الآخذ في التوسع في الدهر السابق.

تسمح الهندسة المطابقة بتمديد أو سحق الهيكل المتري ، وهي الهندسة التي تحترمها الفيزياء بدون كتلة (مثل الكهرومغناطيسية لماكسويل). ينطبق هذا على كل من المستقبل البعيد والانفجار الكبير لكل دهر ، لذا فإن مطابقة الدهر مع الدهر لها معنى هندسي - وأيضًا منطقية جسدية لأن السحق المطابق للمستقبل البعيد البارد منخفض الكثافة يتطابق مع الامتداد المطابق للكثافة الساخنة الكبيرة. فرقعة الدهر اللاحق.

الاستثناءات لهذه المطابقة المطابقة السلسة هي الثقوب السوداء الهائلة في مستقبل الدهر البعيد. في النهاية تبخرت الثقوب السوداء الفائقة تمامًا في إشعاع هوكينغ (ربما بعد 10 ^ 106 سنة). تدخل الطاقة المشعة من الثقوب السوداء الفائقة إلى الكون التالي عند "نقطة هوكينغ" واحدة. تنتشر الفوتونات الناشئة داخل منطقة متوسعة ، لكنها تظهر حتى -380000 سنة لاحقة. ثم تظهر في الخلفية الكونية الميكروية. ستبدو هذه المنطقة الممتدة لنا مثل قرص ∼ 4 درجات عرضًا ، أي ∼ 8 أضعاف قطر بدرنا الكامل ، وهو تأثير يبدو أننا نراه بالفعل في سماء CMB الخاصة بنا.

تتعارض نظرية بنروز من قبل الغالبية العظمى من الفيزيائيين وعلماء الكون الذين يدعمون نظرية التضخم. يقول علماء نظرية التضخم أن دليل المناطق الدائرية ليس ذا دلالة إحصائية.

أصبح النموذج التضخمي مقبولاً على نطاق واسع.

الانتقاد المتكرر للتضخم هو أن مجال التضخم الذي تم استدعاؤه لا يتوافق مع أي مجال مادي معروف ، وأنه يمكن تغيير منحنى طاقته الكامنة لمطابقة أي بيانات مرصودة تقريبًا. أصبح بول شتاينهاردت ، أحد الآباء المؤسسين لعلم الكونيات التضخمية ، مؤخرًا أحد أشد منتقديها. يسمي "التضخم السيئ" فترة توسع متسارع تتعارض نتيجته مع الملاحظات و "التضخم الجيد" فترة متوافقة معها. من المرجح أن التضخم السيئ أكثر من التضخم الجيد ولا يوجد تضخم أكثر احتمالا من أي منهما.

نظر روجر بنروز في جميع التكوينات الممكنة لحقول الجاذبية والتضخم. تؤدي بعض هذه التكوينات إلى التضخم ، وتؤدي التكوينات الأخرى إلى كون موحد ومسطح مباشرة - بدون تضخم. الحصول على كون مسطح أمر غير محتمل بشكل عام. كان استنتاج بنروز الصادم أن الحصول على كون مسطح بدون تضخم هو أكثر احتمالا بكثير من التضخم - بمعامل 10 ^ 100. كتب بنروز وآنا إيجاس وأبراهام لوب مقالات تدعي أن النموذج التضخمي يواجه مشكلة في ضوء البيانات من القمر الصناعي بلانك. تم تقديم الحجج المضادة من قبل آلان جوث وديفيد كايزر وياسونوري نومورا وأندريه ليندي قائلين إن التضخم الكوني على أساس أقوى من أي وقت مضى.

تقدم هذه الورقة أدلة رصد قوية للعديد من البقع الدائرية الشاذة التي لم يتم ملاحظتها سابقًا ، ذات درجة الحرارة المرتفعة بشكل ملحوظ ، في سماء الخلفية الكونية الميكروية. البقع لها نصف قطر زاوي بين 0.03 و 0.04 راد (أي أقطار زاوية بين حوالي 3 درجات و 4 درجات). هناك حد قاطع واضح بهذا الحجم ، مما يشير إلى أن كل بقعة شاذة قد تكون قد نشأت من مصدر نشط للغاية يشبه النقطة ، يقع في نهاية التضخم - أو نقطة أخرى مثل الانفجار الكبير الموسع المطابق ، إذا كان كذلك اعتبر أنه لا توجد مرحلة تضخم. لوحظ الوجود الكبير لهذه النقاط الشاذة في البداية في بيانات القمر الصناعي Planck 70 GHz بالمقارنة مع 1000 عملية محاكاة قياسية ، ثم تم تأكيدها من خلال توسيع المقارنة إلى 10000 محاكاة. تم بعد ذلك العثور على هذه النقاط الشاذة في نفس المواقع بالضبط في بيانات WMAP (مسبار Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ، وتم تأكيد أهميتها من خلال المقارنة مع 1000 محاكاة WMAP. تتمتع Planck و WMAP بخصائص ضوضاء مختلفة تمامًا ويبدو أنه من غير المحتمل للغاية أن يكون الوجود المرصود لنقاط شاذة في نفس الاتجاهات على كلتا الخريطتين ناتجًا تمامًا عن الضوضاء. بعد ذلك ، تم العثور على مزيد من التأكيد في بيانات Planck بالمقارنة مع 1000 محاكاة FFP8.1 MC (مع l ≤ 1500). إن وجود مثل هذه المناطق الشاذة ، الناتجة عن مصادر تشبه النقطة في الانفجار الأعظم الممتد امتثاليًا ، هو نتيجة متوقعة لعلم الكونيات الدوري المطابق ، وهذه المصادر هي نقاط هوكينغ في النظرية ، الناتجة عن إشعاع هوكينغ من الثقوب السوداء الهائلة. في دهر كوني قبل عصرنا.

المصادر - أكسفورد ، بنروز
بقلم بريان وانج Nextbigfuture.com

بريان وانج هو رائد الفكر المستقبلي ومدون علمي شهير لديه مليون قارئ شهريًا. صنفت مدونته Nextbigfuture.com على المرتبة الأولى في مدونة أخبار العلوم. ويغطي العديد من التقنيات والاتجاهات التخريبية بما في ذلك الفضاء ، والروبوتات ، والذكاء الاصطناعي ، والطب ، والتكنولوجيا الحيوية لمكافحة الشيخوخة ، وتكنولوجيا النانو.

معروف بتحديد أحدث التقنيات ، وهو حاليًا أحد مؤسسي شركة ناشئة وجمع التبرعات لشركات المرحلة المبكرة ذات الإمكانات العالية. وهو رئيس قسم الأبحاث للتخصيصات للاستثمارات التكنولوجية العميقة ومستثمر ملاك في Space Angels.

متحدث متكرر في الشركات ، كان متحدثًا في TEDx ومتحدثًا بجامعة Singularity وضيفًا في العديد من المقابلات للإذاعة والبودكاست. إنه منفتح على التحدث أمام الجمهور وتقديم المشورة.


يملأ علماء الفيزياء الفلكية 11 مليار سنة من تاريخ توسع الكون

تظهر خريطة SDSS كقوس قزح من الألوان ، يقع داخل الكون المرئي (الكرة الخارجية ، تظهر التقلبات في الخلفية الكونية الميكروية). نحن موجودون في وسط هذه الخريطة. يتضمن الجزء الداخلي لكل قسم مرمز بالألوان من الخريطة صورة لمجرة نموذجية أو كوازار من هذا القسم ، وكذلك إشارة للنمط الذي يقيسه فريق eBOSS هناك. عندما ننظر في المسافة ، ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب. لذا ، فإن موقع هذه الإشارات يكشف عن معدل تمدد الكون في أوقات مختلفة من التاريخ الكوني. الائتمان: أناند رايشور (EPFL) وآشلي روس (جامعة ولاية أوهايو) و SDSS Collaboration

أصدر مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS) اليوم تحليلاً شاملاً لأكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون تم إنشاؤها على الإطلاق ، لملء الفجوات الأكثر أهمية في استكشافنا المحتمل لتاريخه.

يقول عالم الكونيات كايل داوسون Kyle Dawson من جامعة يوتا ، الذي يقود الفريق لإعلان نتائج اليوم: "نحن نعرف جيدًا التاريخ القديم للكون وتاريخ توسعه الحديث ، ولكن هناك فجوة مزعجة في منتصف 11 مليار سنة". "لمدة خمس سنوات ، عملنا على سد هذه الفجوة ، ونستخدم هذه المعلومات لتقديم بعض من أهم التطورات في علم الكونيات في العقد الماضي."

تأتي النتائج الجديدة من المسح الطيفي لتذبذب الباريون الموسع (eBOSS) ، وهو تعاون دولي لأكثر من 100 عالم في الفيزياء الفلكية وهو أحد المسوحات المكونة لـ SDSS. في قلب النتائج الجديدة توجد قياسات تفصيلية لأكثر من مليوني مجرة ​​وكوازارات تغطي 11 مليار سنة من الزمن الكوني.

نحن نعلم كيف كان شكل الكون في مهده ، بفضل آلاف العلماء من جميع أنحاء العالم الذين قاسوا الكميات النسبية للعناصر التي تم إنشاؤها بعد الانفجار الكبير بفترة وجيزة ، والذين درسوا الخلفية الكونية الميكروية. نحن نعرف أيضًا تاريخ توسعها على مدى المليارات القليلة الماضية من خرائط المجرات وقياسات المسافات ، بما في ذلك تلك من المراحل السابقة من SDSS.

توضح هذه الصورة تأثير خرائط eBOSS و SDSS على فهمنا لمعدل التوسع الحالي وانحناء الكون من آخر 20 عامًا من العمل. تظهر المنطقة الرمادية معرفتنا منذ 10 سنوات. تُظهر المنطقة الزرقاء أفضل قياس للتيار ، والذي يجمع بين SDSS والبرامج الأخرى. توضح الأحجام المتناقصة للمناطق الملونة كيف تحسنت معرفتنا بمعدل التوسع. تظهر مساهمة بيانات SDSS في هذا التحسين من خلال المنطقة الحمراء. تظهر قياسات انحناء الكون على المحور الأفقي. تشير نتائج SDSS ، التي شحذت على الصفر ، إلى أن الكون مسطح ، وتحسن بشكل كبير في القيود من التجارب الأخرى. يُظهر المحور الرأسي معدل التمدد الحالي للكون (ثابت هابل). لا تتوافق قياسات Hubble Constant من SDSS والمسوحات الأخرى مع القياسات من المجرات القريبة ، والتي وجدت قيمة قريبة من 74 في هذه الوحدات - مقابل 68 لـ SDSS. فقط من خلال البيانات المأخوذة من SDSS والتجارب الأخرى في العقد الماضي ، كان من الممكن الكشف عن هذا التناقض. الائتمان: Eva-Maria Mueller (جامعة أكسفورد) وتعاون SDSS

يقول ويل بيرسيفال من جامعة واترلو ، عالم المسح في eBOSS: "لقد وفرت التحليلات المفصلة معًا لخريطة eBOSS وتجارب SDSS السابقة قياسات تاريخ التوسع الأكثر دقة على مدى أوسع نطاق من الزمن الكوني على الإطلاق". "تسمح لنا هذه الدراسات بربط كل هذه القياسات بقصة كاملة عن تمدد الكون."

تكشف نظرة فاحصة على الخريطة عن الخيوط والفراغات التي تحدد البنية في الكون ، بدءًا من الوقت الذي كان فيه عمر الكون حوالي 300000 عام فقط. من هذه الخريطة ، يقيس الباحثون الأنماط في توزيع المجرات ، والتي تعطي العديد من المعلمات الرئيسية لكوننا بدقة أعلى من واحد بالمائة. تظهر إشارات هذه الأنماط في الأشكال الداخلية في الصورة.

تمثل هذه الخريطة الجهد المشترك لأكثر من 20 عامًا من رسم خرائط الكون باستخدام تلسكوب مؤسسة سلون. يُظهر التاريخ الكوني الذي تم الكشف عنه في هذه الخريطة أنه منذ حوالي ستة مليارات سنة ، بدأ توسع الكون في التسارع ، واستمر في التسارع والأسرع منذ ذلك الحين.يبدو أن هذا التوسع المتسارع ناتج عن مكون غامض غير مرئي للكون يسمى "الطاقة المظلمة" ، بما يتفق مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين ولكن من الصعب للغاية التوفيق بينها وبين فهمنا الحالي لفيزياء الجسيمات.

إن الجمع بين الملاحظات من eBOSS ودراسات الكون في مهده يكشف عن تصدعات في هذه الصورة للكون. على وجه الخصوص ، فإن قياس فريق eBOSS للمعدل الحالي لتوسع الكون ("ثابت هابل") أقل بنحو 10 بالمائة من القيمة الموجودة من المسافات إلى المجرات القريبة. تعني الدقة العالية لبيانات eBOSS أنه من غير المرجح أن يكون عدم التطابق هذا بسبب الصدفة ، كما أن التنوع الغني لبيانات eBOSS يمنحنا طرقًا متعددة مستقلة للوصول إلى نفس النتيجة.

تقول إيفا ماريا مولر من جامعة أكسفورد ، التي قادت التحليل لتفسير النتائج من عينة SDSS الكاملة: "فقط باستخدام خرائط مثل خرائطنا ، يمكنك أن تقول على وجه اليقين أن هناك عدم تطابق في ثابت هابل". "تظهر هذه الخرائط الأحدث من eBOSS ذلك بوضوح أكثر من أي وقت مضى."

لا يوجد تفسير مقبول على نطاق واسع لهذا التناقض في معدلات التمدد المقاسة ، ولكن أحد الاحتمالات المثيرة هو أن شكلًا غير معروف سابقًا من المادة أو الطاقة من الكون المبكر ربما ترك أثرًا في تاريخنا.

في المجموع ، نشر فريق eBOSS نتائج أكثر من 20 بحثًا علميًا للعامة اليوم. تصف هذه الأوراق ، في أكثر من 500 صفحة ، تحليلات الفريق لأحدث بيانات eBOSS ، مما يشير إلى اكتمال الأهداف الرئيسية للمسح.

ضمن فريق eBOSS ، ركزت المجموعات الفردية في الجامعات حول العالم على جوانب مختلفة من التحليل. لإنشاء جزء من الخريطة يعود تاريخه إلى ستة مليارات عام ، استخدم الفريق مجرات حمراء كبيرة. أبعد من ذلك ، استخدموا مجرات زرقاء أصغر سنا. أخيرًا ، لرسم خريطة للكون على مدى 11 مليار سنة في الماضي وأكثر من ذلك ، استخدموا الكوازارات ، وهي مجرات لامعة تضيء بمواد تسقط على ثقب أسود مركزي هائل. تطلبت كل من هذه العينات تحليلًا دقيقًا لإزالة الملوثات وكشف أنماط الكون.

يقول مولر: "من خلال دمج بيانات SDSS مع بيانات إضافية من الخلفية الكونية الميكروية ، والمستعرات الأعظمية ، وغيرها من البرامج ، يمكننا في نفس الوقت قياس العديد من الخصائص الأساسية للكون". "تغطي بيانات SDSS نطاقًا كبيرًا من الوقت الكوني بحيث توفر أكبر تقدم لأي مسبار لقياس الانحناء الهندسي للكون ، وتجده مسطحًا. كما أنها تسمح بقياسات معدل التوسع المحلي إلى أفضل من واحد بالمائة . "

يترك نظام eBOSS ، و SDSS بشكل عام ، لغز الطاقة المظلمة ، وعدم تطابق معدل توسع الكون المحلي والمبكر ، كإرث للمشروعات المستقبلية. في العقد المقبل ، قد تحل الاستطلاعات المستقبلية المعضلة ، أو ربما تكشف المزيد من المفاجآت.

في هذه الأثناء ، مع الدعم المستمر من مؤسسة ألفريد بي سلون وأعضاء مؤسسيين ، لم تقترب SDSS من مهمتها في رسم خريطة للكون. وصفت كارين ماسترز من كلية هافرفورد ، المتحدثة باسم المرحلة الحالية من SDSS ، حماسها بشأن المرحلة التالية. "سيستمر تلسكوب مؤسسة سلون وشبه التوأم في مرصد لاس كامباناس في إجراء اكتشافات فلكية ترسم خرائط لملايين النجوم والثقوب السوداء أثناء تغيرها وتطورها عبر الزمن الكوني." ينشغل فريق SDSS ببناء الأجهزة لبدء هذه المرحلة الجديدة ويتطلع إلى الاكتشافات الجديدة خلال العشرين عامًا القادمة.


لقد أسقط العلماء جميع الافتراضات التي لديهم حول درجة حرارة الكون

تم نسخ الرابط

سيتم انتزاع تاريخ الكون & # 039 من الكتب في المستقبل & # 039 يقول خبير

عند الاشتراك ، سنستخدم المعلومات التي تقدمها لإرسال هذه الرسائل الإخبارية إليك. في بعض الأحيان سوف تتضمن توصيات بشأن الرسائل الإخبارية أو الخدمات الأخرى ذات الصلة التي نقدمها. يوضح إشعار الخصوصية الخاص بنا المزيد حول كيفية استخدامنا لبياناتك وحقوقك. يمكنك إلغاء الاشتراك في أي وقت.

وفقًا للخبراء ، تبلغ درجة حرارة الكون حوالي مليوني درجة مئوية. ومع ذلك ، لا تزال هناك تناقضات هائلة يحتاج الخبراء إلى التغلب عليها عند قياس درجة حرارة الكون. يبحث العلماء في أربعة عناصر أساسية عند فحص حرارة الكون.

مقالات ذات صلة

إنها سرعة تمدد الكون اليوم ، وحجم تغيرات كثافة المادة داخل الكون ، وتغيرات درجة الحرارة ومسار الضوء البدائي للكون.

ومع ذلك ، يعتقد باحثون من جامعة جنيف (UNIGE) بسويسرا ، أنه لا ينبغي بعد الآن إصلاح درجة حرارة الضوء البدائي - أول ضوء في تاريخ الكون - ولا انحناء الكون.

وفقًا لـ UNIGE ، نحن نعيش في جزء من الكون أقل كثافة من الأجزاء الأخرى ، مما يشوه حسابات الضوء والانحناء.

تظهر العديد من التناقضات عند مقارنة البيانات بين نتائجها الحسابية وقياسات الأقمار الصناعية فيما يتعلق بدرجة حرارة الكون.

دراسة: الكون قد يكون أسخن بكثير مما كان متوقعا (الصورة: جيتي)

ما مدى سخونة الكون؟ (الصورة: جيتي)

قال Benjamin Bose ، الباحث في قسم الفيزياء النظرية في كلية العلوم في UNIGE: & ldquo يمكننا قياس هذه السرعة إما من خلال المستعرات الأعظمية والنجوم التي تنفجر في نهاية حياتها - أو من خلال ضوء الخلفية الكونية الميكروية. (CMB) & - الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يتم ملاحظته في جميع أنحاء الكون. "

ومع ذلك ، فإن القياسات تقدم نتائج تختلف بأكثر من 10 في المائة والتي لا يمكن تفسيرها بأخطاء الملاحظة.

يحدث تناقض آخر عند مقارنة النتائج الحسابية وقياسات الأقمار الصناعية لكثافة المادة في الكون - بنحو ثمانية بالمائة.

قالت UNIGE: "أخيرًا ، فإن التناقضين الأخيرين هما السمات الإحصائية لتغيرات درجة الحرارة ومسار الضوء في CMB."

& ldquo يمكننا قياس هذه السرعة إما من خلال المستعرات الأعظمية والنجوم ndash التي تنفجر في نهاية حياتها & ndash أو من خلال ضوء الخلفية الكونية الميكروية (CMB). "(الصورة: جيتي)

مقالات ذات صلة

لا يزال العلماء يحاولون حل كل هذه التناقضات ، مشكلة واحدة في كل مرة.

لكن خبراء UNIGE يعتقدون أن بإمكانهم حلها من خلال نظرية واحدة.

للقيام بذلك ، اختار الفريق تحليل بيانات الرصد دون افتراض درجة حرارة معينة للإشعاع CMB - والتي كانت تعتبر ثابتة - بالإضافة إلى انحناء الكون.

قال السيد Bose: & ldquo بإزالة هذين الافتراضين ، لا تختفي فقط التناقضات في التغيرات في درجة حرارة CMB ومسارها ، ولكن تلك المرتبطة بسرعة تمدد الكون اليوم والاختلافات المكانية في كثافة المادة ، مع القياسات التي هي في اتفاق إحصائي! & rdquo

& ldquo نظهر هنا أننا لسنا بحاجة إلى فيزياء جديدة لحل المشكلات العلمية التي نواجهها. "(الصورة: جيتي)

الشائع

يمكن تفسير حالات الشذوذ بوجود الأرض في منطقة منخفضة الكثافة داخل الكون.

قال لوكاس لومبريسر ، الأستاذ في قسم الفيزياء النظرية في UNIGE: "هذا هو السبب في أن القياسات التي نجريها متوقفة قليلاً ، حيث تكون درجة حرارة الخلفية الكونية الميكروية أعلى إلى حد ما من درجة الحرارة التي نلاحظها محليًا".

وفقًا للنظرية الكونية للفريق ، ستكون درجة حرارة الضوء أعلى من أي شيء يتم قياسه باستخدام المعدات العلمية ، مما قد يؤثر على النتيجة النهائية فيما يتعلق بحرارة الكون.

سيقوم فريق UNIGE بإعادة تحليلهم مع الأخذ في الاعتبار أن الأرض في بقعة منخفضة الكثافة في الكون.

قال السيد بوس: & ldquo نظهر هنا أننا لسنا بحاجة إلى فيزياء جديدة لحل المشكلات العلمية التي نواجهها. قد يكون الأمر مجرد مسألة تبني وجهة نظر جديدة ".


لمحة عن فيزياء جديدة في الإشعاع المستقطب من بدايات الكون

باستخدام بيانات بلانك من إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، لاحظ فريق دولي من الباحثين تلميحًا للفيزياء الجديدة. طور الفريق طريقة جديدة لقياس زاوية الاستقطاب للضوء القديم من خلال معايرتها بانبعاثات الغبار من مجرتنا درب التبانة.

بينما لا يتم الكشف عن الإشارة بدقة كافية لاستخلاص استنتاجات محددة ، فقد تشير إلى أن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة تسبب انتهاكًا لما يسمى "تناظر التكافؤ".

يُعتقد أن قوانين الفيزياء التي تحكم الكون لا تتغير عند قلبها في المرآة. على سبيل المثال ، تعمل الكهرومغناطيسية بنفس الطريقة بغض النظر عما إذا كنت في النظام الأصلي ، أو في نظام معكوس حيث تم قلب جميع الإحداثيات المكانية.

إذا تم انتهاك هذا التناظر ، المسمى "التكافؤ" ، فقد يحمل المفتاح لفهم الطبيعة المراوغة للمادة المظلمة والطاقة المظلمة ، والتي تشغل 25 و 70 في المائة من ميزانية الطاقة في الكون اليوم ، على التوالي. في حين أن كلا المكونين مظلمين ، فإن لهذين المكونين تأثيرات معاكسة على تطور الكون: المادة المظلمة تجتذب ، بينما تتسبب الطاقة المظلمة في توسع الكون بشكل أسرع.

دراسة جديدة ، تضم باحثين من معهد الجسيمات والدراسات النووية (IPNS) في منظمة أبحاث تسريع الطاقة العالية (KEK) ، ومعهد كافلي لفيزياء ورياضيات الكون (Kavli IPMU) بجامعة طوكيو ، و تقرير معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية (MPA) ، عن تلميح محير للفيزياء الجديدة - بمستوى ثقة 99.2 في المائة - ينتهك تناظر التكافؤ.

تم نشر النتائج التي توصلوا إليها في المجلة رسائل المراجعة البدنية في 23 نوفمبر 2020.

تم العثور على تلميح لانتهاك تناظر التكافؤ في إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، الضوء المتبقي من الانفجار العظيم. المفتاح هو الضوء المستقطب لخلفية الميكروويف الكونية. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية منتشرة. عندما تتكون من موجات تتأرجح في اتجاه مفضل ، يسميها الفيزيائيون "مستقطبة". ينشأ الاستقطاب عندما يتشتت الضوء.

ضوء الشمس ، على سبيل المثال ، يتكون من موجات لها جميع الاتجاهات المتذبذبة الممكنة ، وبالتالي فهي ليست مستقطبة. وفي الوقت نفسه ، يكون ضوء قوس قزح مستقطبًا لأن ضوء الشمس ينتشر بواسطة قطرات الماء في الغلاف الجوي. وبالمثل ، فإن ضوء الخلفية الكونية الميكروية أصبح مستقطبًا في البداية عندما تشتت الإلكترونات بعد 400000 سنة من الانفجار العظيم. نظرًا لأن هذا الضوء ينتقل عبر الكون لمدة 13.8 مليار سنة ، فإن تفاعل الخلفية الميكروية الكونية مع المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة يمكن أن يتسبب في دوران مستوى الاستقطاب بزاوية.

يشير Yuto Minami ، زميل ما بعد الدكتوراه في IPNS ، KEK ، إلى أنه "إذا تفاعلت المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة مع ضوء الخلفية الكونية الميكروية بطريقة تنتهك تناظر التكافؤ ، فيمكننا أن نجد توقيعها في بيانات الاستقطاب".

لقياس زاوية الدوران ، احتاج العلماء إلى كاشفات حساسة للاستقطاب ، مثل تلك الموجودة على متن القمر الصناعي Planck التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA). وكانوا بحاجة إلى معرفة كيفية توجيه أجهزة الكشف الحساسة للاستقطاب بالنسبة إلى السماء. إذا لم تكن هذه المعلومات معروفة بدقة كافية ، فسيظهر مستوى الاستقطاب المقاس وكأنه يدور بشكل مصطنع ، مما ينتج عنه إشارة خاطئة.

في الماضي ، كانت حالات عدم اليقين بشأن الدوران الاصطناعي الذي قدمته أجهزة الكشف نفسها تحد من دقة قياس زاوية الاستقطاب الكوني.

قال مينامي: "لقد طورنا طريقة جديدة لتحديد الدوران الاصطناعي باستخدام الضوء المستقطب المنبعث من الغبار في مجرتنا درب التبانة". "بهذه الطريقة ، حققنا دقة تبلغ ضعف دقة العمل السابق ، وتمكننا أخيرًا من قياس (زاوية الاستقطاب)."

المسافة التي يقطعها الضوء من الغبار داخل مجرة ​​درب التبانة أقصر بكثير من المسافة التي يقطعها الضوء من الخلفية الكونية الميكروية. هذا يعني أن انبعاث الغبار لا يتأثر بالمادة المظلمة أو الطاقة المظلمة ، أي (زاوية الاستقطاب) موجودة فقط في ضوء الخلفية الكونية الميكروية ، بينما يؤثر الدوران الاصطناعي على كليهما. يمكن بالتالي استخدام الفرق في زاوية الاستقطاب المقاسة بين كلا مصدري الضوء لقياس (الزاوية).

طبق فريق البحث الطريقة الجديدة لقياس (الزاوية) من بيانات الاستقطاب المأخوذة من القمر الصناعي بلانك. وجدوا تلميحًا لانتهاك تناظر التكافؤ بمستوى ثقة 99.2 بالمائة. للمطالبة باكتشاف فيزياء جديدة ، يلزم وجود أهمية إحصائية أكبر بكثير ، أو مستوى ثقة يبلغ 99.99995٪.

قال Eiichiro Komatsu ، مدير MPA والمحقق الرئيسي في Kavli IPMU: "من الواضح أننا لم نعثر على دليل قاطع للفيزياء الجديدة ، لكن هناك حاجة إلى أهمية إحصائية أعلى لتأكيد هذه الإشارة. لكننا متحمسون لأن طريقتنا الجديدة سمح لنا أخيرًا بإجراء هذا القياس "المستحيل" ، والذي قد يشير إلى فيزياء جديدة ".

لتأكيد هذه الإشارة ، يمكن تطبيق الطريقة الجديدة على أي من التجارب الحالية - والمستقبلية - التي تقيس استقطاب خلفية الميكروويف الكونية ، مثل Simons Array و LiteBIRD ، حيث يشارك كل من KEK و Kavli IPMU.


ناسا Blueshift

[ملاحظة Sara & # 8217s: هذا هو إدخال المدونة الأصلي الذي أطلق شرارة الرحلة & # 8211 المقابلة حول كرة الشاطئ التي رأيناها على التلفزيون والتي أوصلتنا إلى استوديو وارنر براذرز. كم عدد كرات الشاطئ التي تستطيع فعل ذلك؟ هذا هو الجزء الثاني من سلسلة رحلات الطريق Blueshift. سيكون لدينا & # 8217 صور جولة Big Bang Theory المنتظرة بفارغ الصبر يوم الاثنين ، بدلاً من جولة الروابط الأسبوعية & # 8230 والمسابقات كل يوم الأسبوع المقبل!]

جزء من متعة الذهاب إلى الاجتماعات المهنية هو الحصول على غنيمة. أنت تعرف ما نعنيه & # 8211 أقلام ومحركات أقراص USB وكرات الإجهاد & # 8230 بمجرد أن أحصل على بعض مطهرات ناسا (قصة حقيقية!) لقد كنت & # 8217ve أيضًا على الطرف الآخر من هدايا المؤتمر هذه. كيف تختار شيئًا له معنى؟ ماذا لو كنت تريد أن تتخطى لعبة سيقدمها شخص ما لأطفاله أو يرميها في غرفته بالفندق & # 8211 ولكن هذا سيكون له قيمة في الواقع؟ علاوة على ذلك ، هل يمكنك أن تأخذ شيئًا يبدو وكأنه لعبة مجانية ، وتحويله إلى أداة تعليمية؟

فعل بريت جريسوولد ، الذي يعمل في مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف (WMAP) ، ذلك بالضبط. لقد التقط صورة WMAP & # 8217 الشهيرة لكون الميكروويف المبكر ووضعها على كرة الشاطئ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن رؤية كرة الشاطئ هذه في شقة Leonard and Sheldon & # 8217s في البرنامج التلفزيوني الناجح حول المهووسين في وكالة ناسا مثلنا كثيرًا ، تظرية الانفجار العظيم! تحدثنا معه عن سبب وكيفية ذلك في هذه المقابلة الحصرية.


حقوق الصورة: NASA / WMAP Science Team

ناسا Blueshift: ما الذي أعطاك فكرة محاولة تمثيل الكون على كرة الشاطئ؟ هل خطرت لك الفكرة في يوم من الأيام ، أم هل رأيت هذا العنصر في كتالوج ترويجي وفكرت ، & # 8220A-ha! & # 8221؟

بريت: صورة الخلفية الكونية الميكروية مصنوعة من ضوء الميكروويف الذي يكاد يكون قديمًا قدم الكون. تم إصداره بعد 379000 عام من بداية كوننا وهو في كل مكان حولنا ، ويمكن رؤيته في كل اتجاه. لقد اختتمنا في هذه الصورة العملاقة للطفل منذ بداية الوقت. إذن ، كيف نظهر هذا للناس بطريقة غير علمية ، مما يسمح لهم & # 8220 التفاف الرؤوس & # 8221 حول الفكرة؟

كانت كرة الشاطئ WMAP طفلة دماغ الباحث الرئيسي لدينا ، تشاك بينيت. تشاك هو رئيس البعثة ومدير وعالم ذكي للغاية. كونك باحثًا رئيسيًا ناجحًا بشكل استثنائي يعني أنك تبحث في جميع جوانب نجاح المهمة ، وليس فقط العلم. يبحث تشاك في العلوم والهندسة والمال والجوانب السياسية والتعليمية. لقد كان هذا التفكير الصغير به أداة تصور ناجحة للغاية للاستخدام في الفصول الدراسية والدعاية. لقد وزعنا ما يقرب من 12000 من كرات التدريس في WMAP Universe. بمجرد أن تبلور الفكرة ، ذهبت إلى العمل لمعرفة كيف يمكن أن يتم ذلك.

ناسا Blueshift: كيف يتم تمثيل الكون على كرة الشاطئ؟ كان المنظور الإنساني تاريخياً هو أننا & # 8217re في مركز كل شيء ننظر إلى الخارج & # 8211 على الرغم من أن هذا & # 8217s ليس صحيحًا تمامًا ، حتى لو كان هذا هو المنظور الذي لدينا بطبيعته حيث نقوم & # 8217 بإبداء ملاحظاتنا من. كيف يترجم ذلك إلى كرة الشاطئ؟ هل من المفترض أن نكون داخل كرة الشاطئ في المنتصف وننظر إلى الخارج؟

بريت: قررنا أننا نريد عرض صورة مفصلة لخلفية الميكروويف الهزلية (CMB) قدر الإمكان. هذا يعني استخدام أقصر الموجات الدقيقة التي نكتشفها & # 8211 يتم التقاطها بواسطة مستقبلات الموجات الدقيقة & # 8220W & # 8221 (هناك 5 نطاقات على WMAP). صحيح أننا في مركز كل ما يمكننا مسحه ، أعلى الكومة ، مثل Yertle the Turtle. لكنها كلها نسبية ، كما قال أينشتاين.

ناسا Blueshift: كيف يمكن للمرء استخدام كرة الشاطئ هذه لتعليم الكون؟

بريت: تعتبر كرة التدريس منتجًا نسبيًا ، فهي تعتمد على مكان وجودك وكيف يجب أن يتم عرضها. إذا كنت في الخارج في ليلة صافية ورفعتها في السماء ، فيمكنك نظريًا جعلها تتطابق مع المنظر الذي تراه. الشريط الأحمر الكبير حول المنتصف هو مجرتنا درب التبانة مع توقيع ميكروويف ساخن قوي. نحن لسنا مهتمين بدراستها ، إنها عقبة يجب أن نتغلب عليها لرؤية أعمق بكثير في الفضاء. لكنها نقطة مرجعية جيدة لجمهورنا. لإنجاز هذا العمل ، تُطبع الصورة [على الكرة] كما نراها في السماء ، لذا فهي تقنيًا للخلف أو من الداخل للخارج بالنسبة للطريقة الأخرى لاستخدام الكرة ، وهي نموذج مصغر للكون.

تخيل نفسك في وسط هذه الكرة مقاس 12 بوصة تنظر في كل الاتجاهات. سترى صورة CMB على حافة الكون المرئي. ما تراه هو أول ضوء مرئي في الكون. لقد تمدد بفعل نسيج المكان / الزمان مع توسع الكون ، لذا فهو الآن ضوء ميكروويف ، غير مرئي لأعيننا (ولكن ليس تلسكوبات WMAP & # 8217s!). تمثل كرة الشاطئ مقاس 12 بوصة حوالي 93 مليار سنة ضوئية من المسافة. كيف يمكن أن يحدث ذلك عندما يبلغ عمر الكون 13.7 مليار سنة فقط؟ لأنه يتوسع في نفس الوقت يتقدم في السن إنها تتمدد الآن بسرعة كبيرة لدرجة أننا لن نرى أبدًا الضوء الذي يصدره نجم على الجانب البعيد من الكرة في هذه اللحظة. سنرى فقط الضوء من الماضي الذي نشأ في كون أصغر بكثير.


ورقة المعلومات التي تأتي مع كرة الشاطئ

ناسا Blueshift: أي أفكار حول ما هو خارج كرة الشاطئ إذا كنا بالفعل في المركز؟

بريت: يمكننا فقط رؤية الضوء الذي وصل إلينا منذ بداية الكون قبل 13.7 مليار سنة. هذا لا يخبرنا بأي شيء عن حجم الكون حقا. حسنًا ، لا شيء تقريبًا. ما يخبرنا به هذا الضوء هو أن هندسة الفضاء تكاد تكون مثالية & # 8220 مسطحة. & # 8221 الهندسة التي نتعلمها في المدرسة الإعدادية صالحة على نطاقات واسعة.هذا يعني إمكانية استمرار الكون في حجم لانهائي أو غير محدود تقريبًا ، يتجاوز ما يمكننا رؤيته. ولكن قد لا يكون مسطحًا تمامًا ، فإن قياساتنا بها مساحة لمقادير صغيرة من الخطأ ، لذلك قد يكون للكون حدود من نوع ما. لكن إذاً ، لذا ، بعيدًا ، لن نتمكن أبدًا ، أبدًا ، من أن نتأثر به أو نكتشفه. يمكننا فقط تخيل ذلك.

أحد الأفكار المثيرة للاهتمام حقًا هو أن كوننا يتشكل من خلال التأثيرات على العديد من القوى المختلفة التي تعمل على مستويات مختلفة. تربط القوى النووية الذرات معًا ، لكن موجات الجاذبية كبيرة جدًا ودقيقة لدرجة أننا ما زلنا نبحث عن إشاراتها منذ بداية الكون. لقد نشأت في زمن أبعد في الوقت الذي حدث فيه تضخم الكون. ماذا لو كانت هناك قوى خفية أخرى لها تأثيرات على نطاقات أكبر؟ هل يمكن أن تكون فيزياء المكان / الزمان مختلفة عن تريليونات السنين الضوئية عن رقعتنا المرئية الصغيرة من كل شيء؟

ناسا Blueshift: هل من الصعب أن تلتف حول فكرة أخذ الكون ثلاثي الأبعاد ، ورؤيته كصورة مسطحة ثنائية الأبعاد ، ثم جعل تلك الصورة ثلاثية الأبعاد مرة أخرى؟

بريت: كفنانة ، لم يعد الأمر صعبًا على الإطلاق. منذ أن كنت صغيراً كنت دائماً مهتمًا بتمثيل العالم ثلاثي الأبعاد على قطعة ورق ثنائية الأبعاد. لذلك تعلمت عن المنظور والتوقعات. عندما ظهرت أجهزة الكمبيوتر ، وتم اختراع برامج ثلاثية الأبعاد ، أذهلتني أيضًا. بصفتي شخصًا بالغًا ، تعلمت كيفية إعادة وضع الصور ثنائية الأبعاد على أشكال ثلاثية الأبعاد يمكن عرضها من أي زاوية وإعادتها إلى صور ثنائية الأبعاد جديدة ، لذلك كان من السهل بالنسبة لي التفاف رأسي حولها. بمجرد أن قال تشاك & # 8220beach ball & # 8221 ، أدركت الفكرة.


من جلسة التصوير الحصرية الخاصة بنا في المحيط الهادئ

ناسا Blueshift: هل كان من الصعب الترويج لهذه الفكرة عبر قنوات ناسا؟

بريت: كل مهمة لديها أموال مخصصة للتوعية ، لذا لم يكن الحصول على الكرات مشكلة. كانت الصعوبة الحقيقية هي الحصول على موافقة النشر لعنصر مطبوع غير مسطح (غير مسطح). تم وضع عملية الموافقة في وكالة ناسا لتوحيد الحضور العام لناسا و # 8217. ولكن تم إنشاء معايير التصميم مع وضع الورق المطبوع في الاعتبار. يجب أن يكون شعار وكالة ناسا في مواقع معينة ، ويجب تنسيق النص تمامًا. ولكن ماذا تفعل بكائن مطبوع ، من المفترض أن يقدم للجمهور ، يحتوي على بيانات على جميع الأسطح؟ وضعنا في النهاية شعار وكالة ناسا على القطب الجنوبي مع تسمية ونص عنوان URL ملفوفين حول الشعار. غير قياسي جدًا لمنتج غير قياسي. يجب على هؤلاء الأشخاص في المقر الرئيسي أن يطحنوا أسنانهم ويدحرجوا أعينهم عندما يأتي هذا النوع من الأشياء عبر خط الأنابيب. لكن لديهم شخصية جيدة جدًا في الحصول على الموافقة الرسومية في ديبي ريفيرا ، والتي تفهم ما يمكن فعله وتنتج تنازلات جيدة.

ناسا Blueshift: شهدت كرة الشاطئ هذه بعض لقاءات ثقافة البوب ​​& # 8211 هل يمكنك إخبارنا عنها؟

بريت: نعم بالتأكيد! كانت المرة الأولى التي ظهرت فيها الكرة في ثقافة البوب ​​في أيدي Alan Alda & # 8217s على مقطع تم إنجازه لـ Scientific American Frontiers ، أحد برامجي المفضلة. في الآونة الأخيرة ، تظهر الكرة بانتظام على رف الشقة الرئيسية المعدة للعرض المشهور جدًا حول المهووسين بالعلوم ، The Big Bang Theory. وجد هذا طريقه إلى هناك من مدرس علوم متزوج من أحد كتّاب العرض ، على ما أعتقد.

ناسا Blueshift: نأمل أن نتمكن من إقناع جون ماذر بالتوقيع على عدد قليل من الهدايا (على الرغم من أنها & # 8217s ليست بيانات COBE!)

بريت: هذا انفجار عندما يفعل ذلك. الحائز على جائزة نوبل خلف بعثة WMAP & # 8217s السابقة COBE يوافق على ما قمنا به. آمل يومًا ما أن يحصل بعض العلماء من WMAP على جائزة نوبل أيضًا. لقد تمكنوا من فعل شيء لا يصدق من خلال منح علم الكونيات عصا قابلة للقياس للمقارنة بالنتائج المستقبلية.

عندما أخبرنا بريت أن كرة الشاطئ كانت تعمل تظرية الانفجار العظيم، أردنا بعض الصور من كرة الشاطئ في المجموعة لهذه المقالة حتى تتمكن من رؤية ما تبحث عنه عند مشاهدة العرض. (عادة ما تعيش كرة الشاطئ على رف الكتب خلف الأريكة ، بجوار الكرة السماوية الكبيرة الواضحة.) وجدنا بضع لقطات شاشة ، لكننا أردنا شيئًا له لقطة واضحة للكرة يمكننا استخدامها بشكل شرعي & # 8211 لذا سألنا بيل برادي على تويتر ، وقصة قصيرة طويلة ، دعانا للحضور لالتقاط صورتنا الخاصة. عندما وصلنا إلى هناك ، كانت كرة الشاطئ جالسة في & # 8220Sheldon & # 8217s spot & # 8221 حتى نتمكن من الحصول على صورة جيدة لها في المجموعة. لسنا متأكدين من شعور شيلدون تجاه كرة الشاطئ WMAP التي تحصل على أفضل عرض للتلفزيون والنسيم الصيفي الجميل!

بالإضافة إلى ذلك ، قام جون ماثر بالفعل بالتوقيع على بعض كرات الشاطئ لنا (هو & # 8217s مثل هذا الرجل اللطيف!) & # 8211 وجلبنا واحدة موقعة إلى تظرية الانفجار العظيم تعيين حتى يكون لديهم & # 8217d نسخة محدثة وموقعة!

تابع المدونة و Twitter & # 8211 لدينا جوائز رائعة ستأتي طوال الأسبوع المقبل ، وأنت & # 8217 تريد أن تعرف كيفية الاشتراك! شكرًا لبريت على وقته & # 8211 وبفضل المبتكر المشارك للعرض بيل برادي ومساعدته الرائعة تارا هيرنانديز!


رصدت الطاقة المظلمة في الخلفية الكونية الميكروية

اكتشف علماء الفلك الذين يدرسون الخلفية الكونية الميكروية (CMB) دليلًا مباشرًا جديدًا للطاقة المظلمة و # 8211 المادة الغامضة التي يبدو أنها تسرع من تمدد الكون. يمكن أن تساعد النتائج التي توصلوا إليها أيضًا في رسم خريطة لبنية المادة المظلمة على مقاييس الطول الأكبر في الكون.

إن CMB هو الشفق الباهت للكون وولادة # 8217s في الانفجار العظيم. بعد حوالي 400000 عام من إنشائه ، برد الكون بدرجة كافية للسماح للإلكترونات بالارتباط بالنواة الذرية. يعمل هذا & # 8220recombination & # 8221 على إزالة إشعاع CMB من الضباب الكثيف للبلازما التي كانت تحتوي عليه. قامت التلسكوبات الفضائية مثل WMAP و Planck برسم خريطة CMB ووجدت وجودها في جميع أنحاء السماء ، بدرجة حرارة 2.7 & # 160K. ومع ذلك ، تظهر القياسات أيضًا تقلبات صغيرة في درجة الحرارة هذه على مقياس جزء واحد في المليون. تتبع هذه التقلبات توزيعًا غاوسيًا.

في أول ورقتين ، اكتشف فريق من علماء الفلك ، بما في ذلك سوديب داس من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، تقلبات في إشعاع الخلفية الكونية الميكروية تنحرف عن التوزيع الغوسي. الانحرافات ، التي لوحظت مع تلسكوب أتاكاما الكوسمولوجي في تشيلي ، ناتجة عن التفاعلات مع الهياكل واسعة النطاق في الكون ، مثل عناقيد المجرات. & # 8220 في المتوسط ​​، سيواجه فوتون CMB حوالي 50 بنية كبيرة الحجم قبل أن يصل إلى تلسكوبنا ، & # 8221 داس physicsworld.com. & # 8220 إن تأثير الجاذبية لهذه الهياكل ، التي تهيمن عليها كتل ضخمة من المادة المظلمة ، سيحرف مسار الفوتون ، ويضيف # 8221. هذه العملية ، التي تسمى & # 8220lensing & # 8221 ، تضيف في النهاية ما يصل إلى انحراف إجمالي يبلغ حوالي 3 دقائق قوسية & # 8211 واحد إلى عشرين درجة.

الطاقة المظلمة مقابل الهيكل

في الورقة الثانية ، يبحث داس ، جنبًا إلى جنب مع بليك شيروين من جامعة برينستون وجوانا دانكلي من جامعة أكسفورد ، كيف يمكن للعدسات أن تكشف عن الطاقة المظلمة. تعمل الطاقة المظلمة على مواجهة ظهور الهياكل داخل الكون. الكون بدون طاقة مظلمة سيكون له الكثير من البنية. نتيجة لذلك ، ستخضع فوتونات CMB لعدسة أكبر وستنحرف التقلبات أكثر عن التوزيع الغوسي الأصلي.

ومع ذلك ، تبين أن العكس هو الصحيح. & # 8220 نرى القليل من العدسة لتفسير كون بلا طاقة مظلمة ، & # 8221 قال شيرون physicsworld.com. & # 8220 في الواقع ، كمية العدسة التي نراها تتوافق مع كمية الطاقة المظلمة التي نتوقع رؤيتها من القياسات الأخرى. & # 8221

هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استنتاج الطاقة المظلمة من قياسات CMB وحدها. تكشف قياسات CMB التقليدية فقط عن تفاصيل حول الكون المبكر للغاية ، قبل وقت من النجوم والمجرات. من أجل بناء صورة لتطور الكون ، كان لابد من دمج هذه النتائج مع قياس إضافي مثل ثابت هابل. ومع ذلك ، فإن فوتونات CMB التي لوحظت في هذا العمل قد انحرفت بسبب تطور الكون. & # 8220 هذه المعلومات المفقودة مدمجة الآن ، & # 8221 يشرح شيروين.

& # 8220 مجموعة الأدلة & # 8221

حقيقة أن هذا دليل مباشر ، بدلاً من الاعتماد على قياس ثانٍ ، يثير ستيفن بوغن ، عالم الكونيات في كلية هافرفورد في الولايات المتحدة. & # 8220 لدينا حاليًا جزأين فقط من الأدلة المباشرة على الطاقة المظلمة. أي دليل إضافي يدل على وجودها مهم جدا ، & # 8221 يقول. & # 8220 نريد خليطًا من الأدلة ، من عدة أماكن مختلفة ، فقط للتأكد من أن الصورة بأكملها معلقة معًا. هذا العمل يساعد في ذلك. & # 8221

يعتقد Boughn أيضًا أن النتائج يمكن أن تساعد في الكشف عن كيفية توزيع المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون على نطاقات كبيرة. المادة المظلمة لها نفس تأثيرات الجاذبية مثل المادة العادية ولكنها لا تتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي وبالتالي لا يمكن رؤيتها مباشرة. & # 8220 هناك العديد من عمليات المحاكاة ، ولكن القليل من الملاحظات ، تشير إلى كيفية تكوين المادة المظلمة في الكون ، & # 8221 يشرح. & # 8220 ولكن نظرًا لأن هذه العدسة لخلفية الميكروويف تعتمد على كيفية تكتل المادة المظلمة ، فإن التجارب المستقبلية التي تقيس هذه التشوهات في CMB يجب أن تكون قادرة على التعامل مع كيفية توزيع المادة المظلمة على نطاق واسع. & # 8221


مهمة بلانك تجلب الكون إلى تركيز حاد

أصدرت مهمة الفضاء بلانك الخريطة الأكثر دقة وتفصيلاً على الإطلاق لأقدم ضوء في الكون ، كاشفة عن معلومات جديدة حول عمره ومحتوياته وأصوله.

بلانك هي مهمة وكالة الفضاء الأوروبية. ساهمت وكالة ناسا بتقنية تمكين المهام لكل من أدوات بلانك العلمية ، ويعمل العلماء الأمريكيون والأوروبيون والكنديون معًا لتحليل بيانات بلانك.

تشير نتائج الخريطة إلى أن الكون يتوسع بشكل أبطأ مما كان يعتقد العلماء ، ويبلغ عمره 13.8 مليار سنة ، أي 100 مليون سنة أقدم من التقديرات السابقة. تُظهر البيانات أيضًا أن هناك طاقة مظلمة أقل ومزيدًا من المادة ، سواء كانت طبيعية أو مظلمة ، في الكون مما كان معروفًا سابقًا. المادة المظلمة هي مادة غير مرئية لا يمكن رؤيتها إلا من خلال تأثيرات جاذبيتها ، بينما تدفع الطاقة المظلمة كوننا بعيدًا. لا تزال طبيعة كلاهما غامضة.

قالت جوان سنتريلا ، عالمة برنامج بلانك في مقر ناسا بواشنطن: "كان علماء الفلك في جميع أنحاء العالم على حافة مقاعدهم في انتظار هذه الخريطة". "هذه القياسات مهمة للغاية للعديد من مجالات العلوم ، وكذلك مهمات الفضاء المستقبلية. نحن سعداء للغاية للعمل مع وكالة الفضاء الأوروبية في مثل هذا المسعى التاريخي."

الخريطة ، المستندة إلى أول 15.5 شهرًا من عمليات المراقبة للسماء بأكملها ، تكشف عن تقلبات طفيفة في درجات الحرارة في الخلفية الكونية الميكروية ، الضوء القديم الذي سافر لمليارات السنين من الكون المبكر جدًا للوصول إلينا. تمثل أنماط الضوء بذور المجرات وعناقيد المجرات التي نراها حولنا اليوم.

قال تشارلز لورانس ، عالم مشروع بلانك الأمريكي في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا في باسادينا ، كاليفورنيا: "بينما ينتقل هذا الضوء القديم إلينا ، تعمل المادة كمسار عقبة يعيق طريقه ويغير الأنماط قليلاً". خريطة بلانك لا تكشف فقط عن كون حديث العهد ، بل تكشف أيضًا عن المادة ، بما في ذلك المادة المظلمة ، في كل مكان في الكون ".

يتم وصف العمر والمحتويات والسمات الأساسية الأخرى لكوننا في نموذج بسيط طوره العلماء ، يسمى النموذج القياسي لعلم الكونيات. سمحت هذه البيانات الجديدة للعلماء باختبار وتحسين دقة هذا النموذج بأكبر قدر من الدقة حتى الآن. في الوقت نفسه ، لوحظت بعض الميزات الغريبة التي لا تتناسب تمامًا مع الصورة البسيطة. على سبيل المثال ، يفترض النموذج أن السماء هي نفسها في كل مكان ، لكن أنماط الضوء غير متماثلة على نصفين من السماء ، وهناك بقعة تمتد على رقعة من السماء أكبر من المتوقع.

قال جان تاوبر ، مشروع بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية: "من ناحية ، لدينا نموذج بسيط يناسب ملاحظاتنا جيدًا للغاية ، ولكن من ناحية أخرى ، نرى بعض الميزات الغريبة التي تجبرنا على إعادة التفكير في بعض افتراضاتنا الأساسية". عالم مقيم في هولندا. "هذه بداية رحلة جديدة ، ونتوقع أن يساعد تحليلنا المستمر لبيانات بلانك في إلقاء الضوء على هذا اللغز."

تختبر النتائج أيضًا النظريات التي تصف التضخم ، وهو توسع دراماتيكي للكون حدث فور ولادته. في وقت أقل بكثير مما يستغرقه غمضة عين ، انفجر الكون بمقدار 100 تريليون مرة في الحجم. تشير الخريطة الجديدة ، من خلال إظهار أن المادة تبدو موزعة عشوائيًا ، إلى أن العمليات العشوائية كانت تلعب دورًا في الكون المبكر جدًا على مقاييس "كمومية" دقيقة. يسمح هذا للعلماء باستبعاد العديد من نظريات التضخم المعقدة لصالح نظريات بسيطة.

قال لورانس: "تخبرنا الأنماط فوق بقع ضخمة من السماء عما كان يحدث على أصغر المقاييس في اللحظات التي أعقبت ولادة كوننا مباشرة".

تم إطلاق Planck في عام 2009 وكان يمسح السماء منذ ذلك الحين ، ورسم خرائط الخلفية الكونية الميكروية ، الشفق اللاحق للانفجار العظيم المفترض الذي خلق كوننا. يوفر هذا الإشعاع البقايا للعلماء لقطة للكون بعد 370 ألف سنة من الانفجار العظيم. كان الضوء موجودًا قبل هذا الوقت ، لكنه كان محبوسًا في بلازما ساخنة تشبه لهب الشمعة ، والتي بردت فيما بعد وأطلقت الضوء.

الخلفية الكونية الميكروية موحدة بشكل ملحوظ فوق السماء بأكملها ، لكن الاختلافات الصغيرة تكشف عن بصمات الموجات الصوتية الناتجة عن التقلبات الكمومية في الكون بعد لحظات من ولادته. هذه البصمات ، التي تظهر على شكل بقع في خريطة بلانك ، هي البذور التي نمت منها المادة ، مكونة النجوم والمجرات. لقد تعلمت المهمات الفضائية السابقة والقائمة على المنطاد الكثير من خلال دراسة هذه الأنماط ، بما في ذلك مسبار ويلكينسون لتباين الميكروويف (WMAP) التابع لناسا ومستكشف الخلفية الكونية (COBE) ، والذي حصل فريق COBE على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2006.

بلانك هو خليفة هذه الأقمار الصناعية ، حيث يغطي نطاقًا أوسع من ترددات الضوء مع حساسية ودقة محسنتين. تكشف قياساته أنماطا ضوئية صغيرة مثل جزء من اثني عشر درجة في السماء.

قال كرزيستوف جورسكي ، عالم بلانك الأمريكي في مختبر الدفع النفاث: "يشبه بلانك فيراري لمهمات الخلفية الكونية الميكروية. "أنت تضبط التكنولوجيا للحصول على نتائج أكثر دقة. بالنسبة للسيارة ، يمكن أن يعني ذلك زيادة السرعة والفوز بالسباقات. بالنسبة إلى Planck ، يؤدي ذلك إلى منح علماء الفلك كنزًا دفينًا من البيانات المذهلة ، وتقديم فهم أعمق لـ خصائص وتاريخ الكون ".

معدل تمدد الكون المقدر حديثًا ، والمعروف باسم ثابت هابل ، هو 67.15 زائد أو ناقص 1.2 كيلومتر / ثانية / ميجابرسك. تبلغ مساحة الفرسك الكبير حوالي 3 ملايين سنة ضوئية. هذا أقل من التقديرات السابقة المستمدة من التلسكوبات الفضائية ، مثل Spitzer و Hubble التابعين لناسا ، باستخدام تقنية مختلفة. التقدير الجديد لمحتوى المادة المظلمة في الكون هو 26.8٪ ، ارتفاعًا من 24٪ ، بينما تنخفض الطاقة المظلمة إلى 68.3٪ ، انخفاضًا من 71.4٪. المادة الطبيعية الآن هي 4.9 في المائة ، ارتفاعا من 4.6 في المائة.

سيتم إصدار النتائج الكاملة من Planck ، التي لا تزال تقوم بمسح السماء ، في عام 2014.


ماذا حدث بعد أن أضاءت الأنوار في الكون؟

تلقت تجربة لاستكشاف آثار الفجر الكوني ، عندما أضاءت النجوم والمجرات الكون لأول مرة ، ما يقرب من 10 ملايين دولار من التمويل من مؤسسة العلوم الوطنية لتوسيع مجموعة أجهزة الكشف في جنوب إفريقيا.

تتكون مجموعة HERA في جنوب إفريقيا من 19 طبقًا في 7 مارس 2016 ، لكنها مستمرة في النمو ، لتحل محل تجربة سابقة تسمى PAPER (أطباق صغيرة في الخلفية). (الصور مقدمة من فريق HERA)

التجربة ، وهي تعاون دولي يُطلق عليه اسم Hydrogen Epoch of Reionization Array ، أو HERA ، تحتوي حاليًا على 19 طبقًا لاسلكيًا بطول 14 مترًا (42 قدمًا) تستهدف السماء الجنوبية بالقرب من كارنارفون ، جنوب إفريقيا ، وستصل إلى 37 طبقًا قريبًا سيسمح التمويل الجديد بقيمة 9.5 مليون دولار للمصفوفة بالتوسع إلى 240 طبق راديو بحلول عام 2018.

بقيادة جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، ستستكشف HERA فترة المليار سنة بعد انهيار غاز الهيدروجين في النجوم الأولى ، ربما بعد 100 مليون سنة من الانفجار العظيم ، من خلال اشتعال النجوم والمجرات في جميع أنحاء الكون. غمرت هذه الأجسام اللامعة الأولى الكون بالأشعة فوق البنفسجية التي قسمت أو أدت إلى تأين كل ذرات الهيدروجين بين المجرات إلى بروتونات وإلكترونات لتكوين الكون الذي نراه اليوم.

قال آرون بارسونز ، أستاذ علم الفلك المشارك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي والباحث الرئيسي في HERA: "أضاءت المجرات الأولى وبدأت في تأين فقاعات الغاز من حولها ، وسرعان ما بدأت هذه الفقاعات تتسرب وتتقاطع وتشكل فقاعات أكبر وأكبر". "في النهاية ، تقاطعوا جميعًا وحصلت على فقاعة أوبر هذه ، تاركًا الكون كما نلاحظه اليوم: بين المجرات ، يتأين الغاز بشكل أساسي."

هذه هي النظرية على أي حال. تأمل HERA للمرة الأولى في مراقبة هذا المعلم الكوني الرئيسي ثم رسم خريطة لتطور إعادة التأين إلى حوالي مليار سنة بعد الانفجار العظيم.

"لقد استندنا كثيرًا إلى علم الكونيات لكوننا من دراسات الخلفية الكونية الميكروية ، لكن تلك التجارب ترصد فقط الغلاف الرقيق للضوء المنبعث من مجموعة من البروتونات والإلكترونات التي اندمجت أخيرًا في الهيدروجين المحايد بعد 380.000 سنة قال الانفجار العظيم. "نعلم من هذه التجارب أن الكون بدأ محايدًا ، ونعلم أنه انتهى بالتأين ، ونحاول تحديد كيفية انتقاله بين هذين الاثنين."

قال ديفيد ديبور ، عالم الفلك البحثي في ​​مختبر علم الفلك الراديوي بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: "قبل الفجر الكوني ، كان الكون يتوهج من إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ، ولكن لم تكن هناك نجوم تضيء الكون". "في مرحلة ما ، زرع الهيدروجين المحايد النجوم والثقوب السوداء والمجرات التي تتعلق بالكون وأدى إلى عصر إعادة التأين."

يشير الجدول الزمني الكوني البالغ 13.8 مليار سنة إلى الحقبة التي تلت الانفجار العظيم الذي رصده قمر بلانك الصناعي ، وعصر النجوم والمجرات الأولى التي رصدتها HERA وعصر تطور المجرات الذي سيلاحظه تلسكوب جيمس ويب الفضائي المستقبلي التابع لناسا. (صورة HERA)

تتكون مصفوفة HERA ، التي يمكن أن تتوسع في النهاية إلى 350 تلسكوبًا ، من أطباق راديو تحدق بشكل ثابت لأعلى ، وتقيس الإشعاع المنبعث في الأصل بطول موجة يبلغ 21 سم - الانتقال فائق الدقة في ذرة الهيدروجين - الذي تم إزاحته باللون الأحمر بمعامل 10 أو أكثر منذ انبعاثها قبل حوالي 13 مليار سنة. يأمل الباحثون في اكتشاف الحدود بين فقاعات الهيدروجين المتأين - غير المرئية لـ HERA - والهيدروجين المحايد أو الهيدروجين الذري.

من خلال ضبط جهاز الاستقبال على أطوال موجية مختلفة ، يمكنهم تعيين حدود الفقاعة على مسافات مختلفة أو انزياحات حمراء لتصور تطور الفقاعات بمرور الوقت.

قال بارسونز: "يمكن أن تخبرنا HERA أيضًا الكثير عن كيفية تشكل المجرات". "المجرات كائنات معقدة للغاية تتغذى مرة أخرى على نفسها ، وتنظم تكوين نجومها والغاز الذي يسقط فيها ، ولا نفهم حقًا كيف تعيش ، خاصة في هذا الوقت المبكر عندما ينتهي تدفق غاز الهيدروجين إلى هياكل معقدة بأذرع لولبية وثقوب سوداء في المنتصف. إن حقبة إعادة التأين هي جسر بين علم الكونيات الذي يمكننا نظريًا حسابه من المبادئ الأولى والفيزياء الفلكية التي نلاحظها اليوم ونحاول فهمها ".

شركاء UC Berkeley في HERA هم جامعة واشنطن ، UCLA ، جامعة ولاية أريزونا ، المرصد الفلكي الوطني الراديوي ، جامعة بنسلفانيا ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، جامعة براون ، جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة ، صفيف الكيلومتر المربع في جنوب إفريقيا و Scuola Normale Superiore في بيزا بإيطاليا.

المتعاونون الآخرون هم مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في كامبريدج ، ماساتشوستس ، وجامعة كوازولو ناتال ، وجامعة ويسترن كيب وجامعة رودس ، وكلها في جنوب إفريقيا ، وجامعة ولاية كاليفورنيا للفنون التطبيقية في بومونا.

قال ريتش بارفينيس ، مدير برنامج مؤسسة العلوم الوطنية الذي يمول HERA: "يريد علماء الفلك معرفة ما حدث للكون بعد أن خرج من ما يسمى بـ" العصور المظلمة ". "سوف تساعدنا HERA في الإجابة على هذا السؤال ، ليس من خلال دراسة النجوم والمجرات البدائية نفسها ، ولكن من خلال دراسة كيفية تغيير هذه الأجسام لطبيعة الفضاء بين المجرات."

البحث عن يراعة على كشاف ضوئي

المفتاح لاكتشاف هذه الفقاعات الراشحة للغاز المتأين من حقبة إعادة التأين هو جهاز استقبال يمكنه اكتشاف إشارات الراديو من الهيدروجين المحايد أضعف مليون مرة من ضوضاء الراديو القريبة.

عالم الفلك ديفيد ديبور في موقع مصفوفة HERA في جنوب إفريقيا.

قال ديبور: "الضجيج الأمامي ، وهو في الغالب انبعاث السنكروترون من الإلكترونات المتصاعدة في المجالات المغناطيسية في مجرتنا ، أقوى بنحو مليون مرة من الإشارة". "هذه مشكلة حقيقية ، لأنها تشبه البحث عن يراعة أمام كشاف قوي بشكل لا يصدق. نحن نحاول رؤية اليراع وتصفية الكشاف ".

التجارب السابقة ، مثل مصفوفة الدقة التي تقودها جامعة كاليفورنيا في بيركلي لاستكشاف حقبة إعادة التأين (PAPER) في جنوب إفريقيا و Murchison Widefield Array (MWA) في أستراليا ، لم تكن حساسة بما يكفي لاكتشاف هذه الإشارة ، ولكن مع أطباق أكبر وأفضل معالجة الإشارات ، يجب أن تقوم HERA بالخدعة.

قال بارسونز ، الذي ساعد في بناء PAPER قبل عقد من الزمان عندما كان طالب دراسات عليا يعمل مع عالم الفلك الراحل بجامعة كاليفورنيا في بيركلي دونالد باكر: "HERA هي أداة فريدة من الجيل التالي مبنية على تراث PAPER". "إنه موجود في نفس موقع PAPER ، ونحن نستخدم الكثير من نفس المعدات ، ولكن الأهم من ذلك أننا جمعنا الكثير من المتعاونين ، بما في ذلك الكثير من الفريق الأمريكي الذي كان يعمل مع MWA."

تتمثل الإستراتيجية في بناء مجموعة سداسية من أطباق الراديو التي تقلل الضوضاء ، مثل انعكاسات الراديو في الأطباق والأسلاك ، والتي من شأنها أن تحجب الإشارة. ستعمل مصفوفات البوابة الميدانية القابلة للبرمجة التي يمتلكها الكمبيوتر العملاق على ربط الإشارات من الهوائيات لرسم خريطة دقيقة لمساحة 10 درجات من السماء الجنوبية تتمركز عند خط عرض -30 درجة تحت الصفر. باستخدام تقنية تم تبنيها من PAPER ، سيستخدمون قوة معالجة الكمبيوتر هذه للتخلص من الضوضاء المتغيرة ببطء عبر طيف الطول الموجي - 150-350 سم - للكشف عن الإشارة المتغيرة بسرعة من الهيدروجين المحايد أثناء ضبطها عبر الطيف الراديوي.

يتوقع تعاون HERA في النهاية أن يتوسع إلى 330 طبقًا لاسلكيًا في المصفوفة الأساسية ، كل منها يشير بشكل مستقيم لقياس الإشعاع المنبعث أصلاً منذ حوالي 13 مليار سنة. تم التخطيط أيضًا لعشرين طبقًا مدادًا (غير معروضًا) ، مما يجعل المجموعة تصل إلى إجمالي 350 طبقًا.


قال بارسونز إن علماء الفلك قد اكتشفوا بالفعل دلائل على إعادة التأين. تُظهر قياسات استقطاب إشعاع الخلفية الكونية الميكروي أن بعض الفوتونات المنبعثة في ذلك الوقت المبكر من الكون قد تبعثرت عن طريق الإلكترونات المتداخلة التي ربما تكونت من النجوم والمجرات الأولى. وقد كشفت استطلاعات المجرات عن بعض المجرات البعيدة جدًا التي تظهر توهينًا عن طريق التدخل الهيدروجين المحايد بين المجرات ، وربما الجزء الأخير المتبقي قبل اكتمال إعادة التأين.

وأضاف بارسونز: "لدينا ما يشير إلى أن إعادة التأين كان يجب أن يحدث ، ونحن نتلقى تلميحات حول موعد انتهائها ، لكن ليس لدينا أي شيء يخبرنا بما يحدث أثناء ذلك". "هذا ما نأمل أن نتعلمه مع HERA ، العملية الفعلية خطوة بخطوة لكيفية حدوث إعادة التأين."

بمجرد أن يعرف علماء الفلك عملية إعادة التأين ، يمكنهم حساب تشتت الإشعاع من عصر إعادة التركيب - إشعاع الخلفية الكونية ، أو CMB - وإزالة بعض الأخطاء التي تجعل من الصعب اكتشاف موجات الجاذبية الناتجة عن التضخم بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير. حية.

قال بارسونز: "هناك الكثير من علم الكونيات الذي يمكنك القيام به باستخدام HERA". "لقد تعلمنا الكثير من الغلاف الرقيق لـ CMB ، ولكن هنا سننظر إلى مساحة ثلاثية الأبعاد كاملة. يمكن تعيين ما يقرب من 80 في المائة من الكون المرئي باستخدام خط 21 سم ، لذلك يفتح هذا الجيل القادم من علم الكونيات. "

قارن بارسونز وديبوير HERA بالتجربة الأولى للكشف عن إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، مستكشف الخلفية الكونية ، الذي حقق هدفه في عام 1992 وفاز لقادته - جورج سموت من جامعة كاليفورنيا بيركلي ومختبر لورانس بيركلي الوطني ، وجون ماذر من ناسا - جائزة نوبل في الفيزياء 2006.

قال DeBoer: "في النهاية ، الهدف هو الوصول إلى النقطة التي كنا نصنعها بالفعل ، تمامًا مثل صور CMB التي رأيناها". "ولكن هذا صعب حقًا ، ونحن بحاجة إلى معرفة القليل عما نبحث عنه والأدوات التي نحتاجها للوصول إلى هناك. نأمل أن يسمح ما نطوره لصفيف الكيلومتر المربع أو مشروع كبير آخر بعمل هذه الصور بالفعل والحصول على المزيد من العلوم من هذه الحقبة المحورية في تاريخنا الكوني. "


قد تكون الأدلة على نظرية التضخم في الكون كامنة في البيانات الجديدة

في البداية ، لم يكن هناك شيء - فراغ كامل ومطلق. الطاقة الصفرية والمادة الصفرية.

وبعد ذلك ، من هذا العدم ولد الكون. صغيرة ولكنها كثيفة للغاية ومليئة بالطاقة. وبعد ذلك ، في غضون جزء ضئيل من الثانية ، نما حجمه بسرعة - متضخمًا - على الأقل بعامل من 10 مرفوعًا إلى القوة 25.

هذه النظرية ، المعروفة باسم التضخم ، هي التفسير السائد حاليًا لما حدث بعد الانفجار العظيم وكيف أصبح الكون على ما هو عليه اليوم. ولكن على الرغم من أن العديد من العلماء يعتقدون الآن أن التضخم قد حدث بالفعل ، إلا أنهم ما زالوا لا يعرفون كيف أو لماذا بدأ ، أو كيف توقف. وحتى الآن ، لم يكن هناك أي دليل تجريبي قوي على هذا التوسع المتسارع. [8 ألغاز محيرة في علم الفلك]

يأمل العلماء أن يبدأوا في حل اللغز في غضون أشهر قليلة ، عندما يفحصون المجموعة التالية من البيانات من القمر الصناعي بلانك. منذ عام 2009 ، يعمل هذا التلسكوب الراديوي ، الذي تديره وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ، على رسم خرائط لأقدم ضوء في الكون.

يُعرف هذا الضوء الأحفوري ، المعروف باسم الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، باسم الشفق اللاحق للانفجار العظيم. يُعتقد أنه ظهر بعد فترة التضخم ، أي بعد حوالي 380000 سنة من ولادة الكون ، عندما بدأت الذرات المحايدة في التكوين وأصبح الفضاء شفافًا للضوء.

عندما تم إصدار المجموعة الأولى من بيانات بلانك في مارس 2013 ، شعر كل من "المناهضين للتضخم" و "المناهضين للتضخم" بأنهم مبررون.

قال مؤيدو النظرية إن نتائج بلانك تلمح تمامًا إلى كيفية عمل التضخم. ومع ذلك ، جادل النقاد بأن نماذج التضخم تم تعديلها ببساطة لتلائم البيانات ، دون تفسيرها حقًا.

قالت عالمة الفيزياء الفلكية آنا إيجاس من جامعة هارفارد إن جميع بيانات بلانك تشير إلى أن الكون "بسيط للغاية". ومع ذلك ، فإن نفس البيانات تدعم فقط نماذج التضخم المعقدة للغاية ، كما قالت ، "تعمل فقط في ظل ظروف أولية أكثر تقييدًا".

سبب صغير ، تأثير كبير؟

يأمل العلماء أن المجموعة التالية من بيانات بلانك قد تظهر ما إذا كان التضخم تفسيرًا معقولاً لشكل الكون اليوم. ويقول مؤيدو نظرية تضخم الكون إنها قد تثبت أن بذور كون اليوم يمكن العثور عليها في فيزياء الكم.

يعرف العلماء بالفعل ، من خلال ملاحظات بلانك ومن ملاحظاتهم السابقة ، أن الإشعاع CMB يظهر تقلبات صغيرة في الكثافة ، والتي أصبحت بعد ذلك ضخمة على مدار 13.7 مليار سنة التالية ، مع توسع الكون. [من الانفجار العظيم إلى اليوم في 10 خطوات سهلة]

قال عالم الفيزياء النظرية دانييل بومان Daniel Baumann من جامعة كامبريدج ، إن هذه التقلبات في الكثافة الكلاسيكية ربما نشأت عن تقلبات كمية صغيرة تلقائية في مقياس الزمكان مباشرة بعد الانفجار العظيم. "نعتقد أن التضخم وسع هذه التقلبات الكمومية الصغيرة إلى [] تقلبات الكثافة الكلاسيكية التي لوحظت في كون اليوم."

نظرًا لأن هذه التقلبات الكلاسيكية ظهرت مباشرة بعد التضخم ، فهذا يعني أنها كانت موجودة بالفعل عندما تم إنشاء CMB. وهذه التقلبات في الكثافة هي التي أصبحت بذور النجوم والمجرات.

توفر التذبذبات الموجودة في CMB مؤشرًا آخر نحو التضخم. عندما بدأ الإشعاع CMB في "التوهج" ، كانت التقلبات الكمومية قد أصبحت بالفعل موجات كثافة كلاسيكية.

لم تؤكد المجموعة الأولى من نتائج مركبة بلانك الفضائية هذه التقلبات فحسب ، بل أظهرت أيضًا أنها مرتبطة عبر مسافات شاسعة: يبدو أن جميع الموجات التي لها نفس الطول الموجي تتأرجح بشكل متزامن مع بعضها البعض.

قال بومان: "هذا التماسك يفسره التضخم بشكل طبيعي للغاية. إنه إلى حد بعيد الملاحظة الأكثر لفتًا للانتباه التي قمنا بها. إنه أمر محير للغاية".

على الرغم من ذلك ، فإن إحدى النتائج المذهلة لجميع قياسات CMB كانت انتظام درجة حرارة الضوء الأحفوري ، والتي تتفاوت بأقل من 0.0003 درجة مئوية ، وهناك طريقتان فقط يمكن للكون أن يحقق بها درجات حرارة موحدة ، كما قال باومان.

في النموذج غير التضخمي ، يجب أن تكون هناك اختلافات شديدة في درجات الحرارة بين أجزاء مختلفة من الكون ، والتي ستصل بعد ذلك ، بمرور الوقت ، إلى التوازن ، تمامًا مثل الأشياء المختلفة في المنزل التي تصل إلى "درجة حرارة الغرفة".

ومع ذلك ، فإن الكون أصغر من أن يفسر التوازن في مثل هذه المناطق الكبيرة من الفضاء. أو بعبارة أخرى: الكون أكبر من المسافة القصوى (تسمى الأفق) التي يمكن أن يؤثر فيها الضوء أو أي اضطرابات في بلازما الانفجار العظيم البدائية على بعضها البعض. لذلك ، في مفارقة ظاهرية ، فإن الأجزاء البعيدة من الكون لها نفس درجة الحرارة والكثافة ، على الرغم من أنها لا تستطيع "الاتصال" ببعضها البعض. [تاريخ الكون وهيكله (معرض إنفوجرافيك)]

يقول باومان إن التضخم يقدم حلاً أفضل: فكل المادة كانت لها درجة الحرارة في البداية ثم تمزقت فجأة بوتيرة متسارعة. هناك الآن اختلافات صغيرة في درجات الحرارة بين الأشياء ، لأنها بدأت جميعها في نفس المكان وبنفس درجة الحرارة.

قال بومان: "إن الأمر يشبه العثور على فنجانين من القهوة [بعيدين جدًا عن بعضهما البعض] بنفس درجة الحرارة تمامًا". "إذا لم يكونوا قريبين بما يكفي لتبادل الحرارة ، فلا داعي لأن يكون لديهم نفس درجة الحرارة."

في تناظرية لنظرية التضخم ، فإن كلا الكوبين "يتم إنتاجهما بواسطة آلة القهوة نفسها في نفس الوقت ، ثم يقوم النفخ بعد ذلك بأخذ فناجين القهوة وفصلها بشكل أسرع من سرعة الضوء."

موجات الجاذبية

كانت دراسة ضوء CMB الخافت للغاية أمرًا صعبًا طوال الوقت ، ولكنه مليء بالوعد العلمي أيضًا. هذا لأن التقلبات الكمومية في بداية الكون كان يجب أن تكون قد أثارت موجات جاذبية ، تموجات نظرية بعيدة المنال حتى الآن في الزمكان والتي تنبأ بها أينشتاين.

إذا تم العثور عليها ، ووجدت أنها خريطة لتقلبات CMB ، يمكن أن توفر دعمًا قويًا للغاية للتضخم. قال باومان: "رؤية موجات الجاذبية ستكون مسدسًا قويًا" لنموذج التضخم.

البرهان معقد ، لكنه يعتمد على الاختلافات الدقيقة في استقطاب موجات الضوء من CMB. هناك نوعان من اختلافات الاستقطاب ، تسمى الوضع E والوضع B. يصف الأخير دوران ، أو تحريف ، الاستقطاب ، وهذا هو التباين الذي يأمل الفيزيائيون أن يقدم دليلًا قويًا على التضخم.

وفقًا للنظرية النسبية العامة لأينشتاين ، فإن الإشعاع CMB سيُظهر استقطابًا في النمط B بسبب الطاقات الهائلة التي ينطوي عليها تمدد الزمكان أثناء التضخم ، كما قال إيجاس.

إذا كان ضوء CMB ملتويًا بهذه الطريقة بالفعل ، فإن التضخم سيوفر تفسيرًا ممتازًا ، لأن "مثل هذه الآلية عالية الطاقة ستهز الزمكان بطريقة دراماتيكية ، حتى نتمكن من تحديد قوتها عن طريق قياس اتساع موجات الجاذبية. قال إيجاس.

يقول باومان إن موجات الجاذبية قد تقنع العلماء الذين يعملون على بدائل للتضخم بقبول النموذج.

"إن رؤية أنماط B ستمنحنا الكثير من الثقة في أن التضخم حدث وأننا جميعًا أتينا من التقلبات الكمية."

وافق إجاس. وقالت: "كان الاتجاه الرئيسي [حتى الآن] تصميم نماذج تضخمية معقدة مع العديد من المعايير التي تتطابق مع بيانات بلانك". "إن اكتشاف أو عدم اكتشاف إشارة موجة الجاذبية هو اختبار رئيسي يمكن أن يحسن أو يضر بحالة التضخم."


يجد علماء الفلك فجوة في الكون

توضيح تأثير المادة المتداخلة في الكون على الخلفية الكونية الميكروية (CMB). على اليمين ، يتم إطلاق CMB بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ، مع تموجات صغيرة في درجات الحرارة بسبب التقلبات في بدايات الكون. أثناء عبور هذا الإشعاع الكون ، المليء بشبكة من المجرات والعناقيد والعناقيد العملاقة والفراغات ، فإنه يتعرض لاضطرابات طفيفة. في اتجاه الفراغ العملاق المكتشف حديثًا ، يرى القمر الصناعي WMAP (أعلى اليسار) بقعة باردة ، بينما يرى VLA (أسفل اليسار) عددًا أقل من المجرات الراديوية. (الائتمان: بيل ساكستون ، NRAO / AUI / NSF ، ناسا)

اكتشف علماء الفلك في جامعة مينيسوتا ثقبًا هائلاً في الكون ، يبلغ عرضه ما يقرب من مليار سنة ضوئية ، فارغًا من كل من المادة الطبيعية مثل النجوم والمجرات والغاز ، بالإضافة إلى "المادة المظلمة" الغامضة وغير المرئية. بينما أظهرت الدراسات السابقة وجود ثقوب أو فراغات في بنية الكون واسعة النطاق ، فإن هذا الاكتشاف الجديد يقزمها جميعًا.

قال لورانس رودنيك من أستاذ علم الفلك بجامعة مينيسوتا: "لم يجد أحد فراغًا بهذا الحجم فحسب ، بل لم نتوقع حتى العثور على فراغ بهذا الحجم". قام رودنيك ، جنبًا إلى جنب مع طالب الدراسات العليا شيا براون والأستاذة المساعدة ليليا ويليامز ، من جامعة مينيسوتا أيضًا ، بالإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في ورقة تم قبولها للنشر في مجلة الفيزياء الفلكية.

لقد عرف علماء الفلك منذ سنوات أن الكون ، على المقاييس الكبيرة ، به فراغات خالية إلى حد كبير من المادة. ومع ذلك ، فإن معظم هذه الفراغات أصغر بكثير من تلك التي وجدها رودنيك وزملاؤه. بالإضافة إلى ذلك ، يتناقص عدد الفراغات المكتشفة مع زيادة الحجم.

قال ويليامز: "ما وجدناه ليس طبيعيًا ، بناءً على دراسات قائمة على الملاحظة أو على محاكاة حاسوبية لتطور الكون على نطاق واسع".

توصل علماء الفلك إلى استنتاجهم من خلال دراسة البيانات من NRAO VLA Sky Survey (NVSS) ، وهو مشروع صور السماء بأكملها المرئية بواسطة التلسكوب الراديوي ذو المصفوفة الكبيرة جدًا (VLA) ، وهو جزء من المرصد الفلكي الوطني التابع لمؤسسة العلوم الوطنية (NRAO). . أظهرت دراستهم لبيانات NVSS انخفاضًا ملحوظًا في عدد المجرات في منطقة من السماء في كوكبة Eridanus ، جنوب غرب Orion.

قال رودنيك: "لقد علمنا بالفعل أن هناك شيئًا مختلفًا بشأن هذه البقعة في السماء". أُطلق على المنطقة اسم "البقعة الباردة WMAP" ، لأنها برزت في خريطة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB) التي صنعها القمر الصناعي Wilkinson Microwave Anisotopy Probe (WMAP) ، الذي أطلقته ناسا في عام 2001. CMB خافت موجات الراديو التي هي الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم ، هي أول "صورة طفل" متوفرة في الكون. تظهر المخالفات في CMB هياكل كانت موجودة فقط بعد مئات الآلاف من السنين بعد الانفجار العظيم.

قام القمر الصناعي WMAP بقياس الاختلافات في درجة الحرارة في CMB التي لا تزيد عن جزء من المليون من الدرجة. تم اكتشاف المنطقة الباردة في Eridanus في عام 2004.

تساءل علماء الفلك عما إذا كانت البقعة الباردة متأصلة في CMB ، وبالتالي أشارت إلى بعض الهياكل في الكون المبكر جدًا ، أو ما إذا كان يمكن أن يكون ناتجًا عن شيء قريب أكثر من CMB يجب أن تمر من خلاله في طريقها إلى الأرض. العثور على ندرة المجرات في تلك المنطقة من خلال دراسة بيانات NVSS حل هذا السؤال.

قال رودنيك: "على الرغم من أن نتائجنا المفاجئة تحتاج إلى تأكيد مستقل ، إلا أن درجة الحرارة المنخفضة قليلاً للإشعاع CMB في هذه المنطقة يبدو أنها ناتجة عن ثقب ضخم خالٍ من كل المواد تقريبًا على بعد 6-10 مليارات سنة ضوئية من الأرض".

كيف يتسبب نقص المادة في انخفاض درجة الحرارة في بقايا إشعاع الانفجار العظيم كما يُرى من الأرض "

تكمن الإجابة في الطاقة المظلمة ، التي أصبحت قوة مهيمنة في الكون مؤخرًا ، عندما كان الكون بالفعل ثلاثة أرباع حجمه اليوم. تعمل الطاقة المظلمة عكس الجاذبية وتسرع من تمدد الكون. بفضل الطاقة المظلمة ، تمتلك فوتونات إشعاع الخلفية الكونية (CMB) التي تمر عبر فراغ كبير قبل وصولها إلى الأرض طاقة أقل من تلك التي تمر عبر منطقة ذات توزيع طبيعي للمادة في المرحلة الأخيرة من رحلتها.

في توسع بسيط للكون ، بدون طاقة مظلمة ، الفوتونات التي تقترب من كتلة كبيرة - مثل عنقود المجرات الفائقة - تلتقط الطاقة من جاذبيتها. عندما ينسحبون بعيدًا ، تستنزف الجاذبية طاقتهم ، وينتهي بهم الأمر بنفس الطاقة التي كانوا عليها عندما بدأوا.

لكن الفوتونات التي تمر عبر الفضاء الغني بالمادة عندما أصبحت الطاقة المظلمة مهيمنة لا تعود إلى مستوى طاقتها الأصلي. تتصدى الطاقة المظلمة لتأثير الجاذبية وبالتالي لا تستنزف الكتل الكبيرة نفس القدر من الطاقة من الفوتونات التي تسحبها بعيدًا. وهكذا ، تصل هذه الفوتونات إلى الأرض بطاقة أو درجة حرارة أعلى قليلاً مما لو كانت في الكون الخالي من الطاقة المظلمة.

على العكس من ذلك ، فإن الفوتونات التي تمر عبر فراغ كبير تعاني من فقدان الطاقة. تم اكتشاف تسارع توسع الكون ، وبالتالي الطاقة المظلمة ، قبل أقل من عقد من الزمان.الخصائص الفيزيائية للطاقة المظلمة غير معروفة ، على الرغم من أنها إلى حد بعيد أكثر أشكال الطاقة وفرة في الكون اليوم. يعد تعلم طبيعتها من أهم المشكلات الحالية في الفيزياء الفلكية.


شاهد الفيديو: توسع الكون (شهر اكتوبر 2021).