Zdálo by se, že moderní chápání struktury vesmíru je již dobře zavedené a obecně přijímané. Ale čas od času je třeba ji bránit proti takzvaným anomáliím, nevysvětlitelným odchylkám od normy, které zpochybňují standardní model. Pojďme si dnes promluvit o tom, jak zvláštní kosmologický fenomén svou podstatou a shodou okolností zvaný „Osa zla“téměř zlomil moderní kosmologii.
Echo velkého třesku
Země se dívá do nebe tisíci teleskopickými očima. Několik desítek dalších je umístěno na oběžnou dráhu. První dalekohledy byly optické a byly navrženy k pozorování světelné části spektra elektromagnetického záření, které je přístupné lidskému oku. Moderní nahlédnou do bezedného vesmíru a pozorují jeho objekty v celém spektru elektromagnetického záření. Vezměme si například vesmírnou observatoř Swift. Je navržen tak, aby registroval a pozoroval kosmické záblesky gama záření - gigantické záblesky energie pozorované ve vzdálených galaxiích. Umístěte krátkovlnné gama záření na samý začátek elektromagnetického spektra. Ruská orbitální observatoř Radioastron studuje černé díry a neutronové hvězdy v rádiovém dosahu, blíže k druhému konci spektra.
Některé obíhající observatoře jsou známější, jiné méně. Na prvním místě v hodnocení popularity je Hubbleův vesmírný dalekohled, který je na oběžné dráze již 27 let. Studuje prostor ve viditelném, ultrafialovém a infračerveném rozsahu. Kepler je také široce známý, je vybaven supersenzitivním fotometrem pracujícím v rozsahu 430-890 nm (viditelný a infračervený rozsah) a je schopen současně sledovat kolísání jasu 145 000 hvězd.
Ale mezi nimi jsou orbitální observatoře, jejichž hlavním účelem nejsou jednotlivé hvězdy, planety nebo galaxie, ale samotný vesmír. Účelem jejich nalezení na oběžné dráze je pomoci astronomům pochopit strukturu našeho vesmíru a pokusit se pochopit jeho historii. A možná, a vidět skrz zeď neuvěřitelných vzdáleností a jiných vesmírů.
Jednou z nich byla observatoř WMAP (Wilkinsonova mikrovlnná anizotropická sonda), kterou zahájila NASA v červnu 2001. Zařízení bylo navrženo ke studiu reliktního záření na pozadí, které vzniklo v důsledku velkého třesku. Do října 2010 to bylo 1,5 milionu km od Země na oběžné dráze poblíž Lagrangeova bodu L2 systému Slunce - Země. V letech 2001 až 2009 skenoval nebeskou sféru a přenášel výsledky pozorování na Zemi. Na základě dat získaných dalekohledem byla sestavena podrobná radiová mapa oblohy při několika elektromagnetických vlnových délkách: od 1,4 cm do 3 mm, což odpovídá mikrovlnnému dosahu.
Relikviové záření vyplňuje vesmír rovnoměrně. Toto mikrovlnné záření na pozadí, které vzniklo v době primární rekombinace vodíku, je jakousi „ozvěnou“Velkého třesku. Má vysoký stupeň izotropie, tj. Uniformitu ve všech směrech. Jeho radiační spektrum odpovídá radiačnímu spektru absolutně černého tělesa s teplotou 2,72548 ± 0,00057 K. Maximální záření dopadá na elektromagnetické vlny o délce 1,9 mm a frekvenci 160,4 GHz (mikrovlnné záření). Aniž bychom zacházeli do podrobností, na stupnici elektromagnetického záření je to mezi tepelným infračerveným zářením a frekvencemi buněčné komunikace, rozhlasovým a televizním vysíláním. Záření mikrovlnného pozadí je izotropní s přesností 0,01%. Přesně to naznačuje střídání „teplých“oranžových a „studených“modrých oblastí na rádiových mapách kosmických lodí. Má malou anizotropii.
Propagační video:
V roce 2010 observatoř dokončila svoji misi. Stejně jako WMAP kdysi nahradil kosmickou observatoř Cosmic Background Explorer (COBE), známou také jako Explorer 66, nahradila ji citlivější a moderní evropská Planckova observatoř umístěná ve stejném bodě L2. … Planck má vyšší citlivost a širší frekvenční rozsah.
Porovnání výsledků z COBE, WMAP a Planck. Ilustrace toho, jak odlišná je citlivost jejich měřicích přístrojů
wikipedia.org
Propíchnutý osou
Hlavním ustanovením moderní kosmologie, na kterém je založena většina moderních modelů struktury vesmíru, je takzvaný kosmologický princip. Podle něj ve stejnou dobu najde každý pozorovatel, ať už je kdekoli a jakýmkoli směrem, v průměru stejný obraz ve vesmíru.
Tato nezávislost na místě pozorování, rovnost všech bodů ve vesmíru, se nazývá homogenita. A nezávislost na směru pozorování, absence vyhrazeného směru v prostoru, tj. Skutečnost, že Vesmír nedává přednost jednomu směru před druhým, je izotropie. A jeho absence je anizotropie.
Všechno by bylo v pořádku, ale pouze v procesu zpracování dat získaných sondou WMAP byly učiněny závěry právě o takové anizotropii vesmíru. Výsledky analýzy dat ukázaly přítomnost v prostoru určité rozšířené oblasti, kolem které probíhá orientace celé struktury vesmíru. To znamená, že ve vesmíru stále existuje směr, ve kterém jsou seřazeny galaxie a velké vesmírné objekty. Tento fenomén, schopný prolomit moderní chápání vesmíru, byl nazýván „Osa zla“. Samotný termín vytvořil portugalský fyzik a kosmolog João Magueijo působící ve Velké Británii.
Modré oblasti jsou nejchladnější, oranžové oblasti jsou „nejteplejší“. Bílá čára - „Osa zla“. Obrys oválu - Eridani's Supervoid
wikipedia.org
Předpokládá se, že tento název není spojován ani tak s „geometrií“tohoto fenoménu, ale s tím, jaký vliv může mít tento jev na současné převládající představy o vesmíru. Americký prezident George W. Bush mimo jiné před několika lety zavedl stejný výraz ve vztahu ke zemím, které podle Spojených států sponzorují mezinárodní terorismus a představují hrozbu pro mír a stabilitu na planetě.
Je třeba poznamenat, že náš vesmír má určitou nehomogenitu a anizotropii. Jinak by neexistovaly žádné galaxie, žádné hvězdy, žádné planety. A nakonec i ty a já. To vše jsou odchylky od homogenity vesmíru. Kosmologický princip platí pro velmi velká měřítka, která přesahují velikost kupy galaxií. Mluvíme o stovkách milionů světelných let. V menším měřítku je nehomogenita možná v důsledku kvantových výkyvů způsobených velkým třeskem.
Mageiju, pozorující „teplé“(oranžové) a „studené“(modré) oblasti fluktuací mikrovlnného záření na pozadí, učinil zajímavý objev. Zjistil, že ani na největších stupnicích nejsou výkyvy reliktního záření (teplotní výkyvy) umístěny náhodně, ale relativně uspořádané.
Samostatným příkladem takového projevu anizotropie je reliktní studené místo v souhvězdí Eridanus. Zde je mikrovlnné záření výrazně nižší než v okolních oblastech. Eridani Supervoid má téměř miliardu světelných let a má mnohem méně hvězd, plynu a galaxií než obvykle.
Neexistuje přesné pochopení toho, co mohlo způsobit takovou zející díru. Profesorka Laura Mersini-Houghtonová z University of North Carolina podává toto fascinující vysvětlení: „Toto je rozhodně otisk jiného vesmíru mimo náš vlastní.“
Zdálo se?
A v roce 2009 ESA vypustila na oběžnou dráhu pokročilejší Planckův dalekohled. Kosmická loď měla na palubě dva přístroje pro studium oblohy: nízkofrekvenční přijímač pokrývající frekvenční rozsah od 30 do 70 GHz, což odpovídá vlnovým délkám od asi 4 do 10 mm, a vysokofrekvenční přijímač s frekvencí od 100 do 857 GHz a vlnovými délkami od 0, 35 až 1 mm. Shromážděné záření je zaměřeno na přístroje systémem dvou zrcadel - hlavního o rozměrech 1,9 krát 1,5 m a sekundárního, jehož velikost je 1,1 krát 1,0 m. Přijímače dalekohledu byly ochlazovány na téměř absolutní nulu a fungovaly při teplotě –273, 05 ° C, tj. 0,1 ° C nad absolutní nulou. Pozorování oblohy „Planck“pokračovalo až do vyčerpání kapalného hélia v lednu 2012 a chlazení přijímačů.
Dalekohled "Planck" v Lagrangeově bodě L2 systému Slunce - Země
popsci.com
Musel vyvrátit výsledky získané WMAP, nebo je naopak potvrdit. A první analýza získaných dat, provedená v roce 2013, ukázala, že „osa zla“ve vesmíru skutečně existuje. V té době ale ještě nebyla zveřejněna všechna data přijatá kosmickou lodí.
Teprve v loňském roce tým výzkumníků z University College London (UCL) a Imperial College London na základě výsledků analýzy úplného souboru dat z dalekohledu zjistil, že neexistuje skutečná „osa“. Data získaná z dalekohledu v letech 2009 až 2013 byla analyzována pomocí superpočítače. Výsledky analýzy ukázaly: Vesmír je izotropní. Studie britských astronomů byla zveřejněna v květnu 2016 ve Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, výzkumná kosmologka z katedry fyziky a astronomie na University College London, která se studie zúčastnila, neskrývá radost: „Dá se říci, že jsme zachránili kosmologii před kompletní revizí.“
Ve vysvětlení zjištění studie zveřejněném na webových stránkách univerzity Daniela vysvětluje: „Výsledky studie jsou nejlepším důkazem toho, že vesmír je ve všech směrech stejný. Naše současné chápání struktury vesmíru je založeno na předpokladu, že neupřednostňuje jeden směr před druhým. Musíte však pochopit, že Einsteinova teorie relativity v zásadě nepopírá možnost existence nevyváženého prostoru. Vesmír, který se otáčí nebo roztahuje, může dobře existovat, takže je velmi důležité, aby tomu tak nebylo v našem případě. I když to samozřejmě nemůžeme zcela vyloučit, ale naše výpočty naznačují, že pravděpodobnost je pouze jedna ze 121 000. “
Skenování nebeské sféry pomocí Planckova dalekohledu
esa.int
Sergej Sobol