बिग बैंग आफ्टरग्लो में परछाइयाँ अदृश्य ब्रह्मांडीय संरचनाओं को प्रकट करती हैं

बिग बैंग के लगभग 400,000 साल बाद, शिशु ब्रह्मांड का आदिम प्लाज्मा पहले परमाणुओं के आपस में जुड़ने के लिए पर्याप्त ठंडा हो गया, जिससे एम्बेडेड विकिरण मुक्त होने के लिए जगह बन गई। वह प्रकाश - कॉस्मिक माइक्रोवेव बैकग्राउंड (CMB) - सभी दिशाओं में आकाश के माध्यम से प्रवाहित होता रहता है, प्रारंभिक ब्रह्मांड का एक स्नैपशॉट प्रसारित करता है जिसे समर्पित दूरबीनों द्वारा उठाया जाता है और यहां तक ​​​​कि पुराने कैथोड-रे टीवी पर स्थिर में भी प्रकट होता है।

1965 में वैज्ञानिकों द्वारा CMB विकिरण की खोज के बाद, उन्होंने सावधानीपूर्वक इसके छोटे तापमान परिवर्तनों की मैपिंग की, जो प्रदर्शित करता है ब्रह्मांड की सटीक स्थिति जब यह मात्र झाग वाला प्लाज्मा था। अब वे बड़े पैमाने पर संरचनाओं को सूचीबद्ध करने के लिए सीएमबी डेटा का पुनरुत्पादन कर रहे हैं जो ब्रह्मांड के परिपक्व होने के रूप में अरबों वर्षों में विकसित हुए हैं।

"उस प्रकाश ने ब्रह्मांड के इतिहास का एक बड़ा हिस्सा अनुभव किया, और यह देखकर कि यह कैसे बदल गया है, हम विभिन्न युगों के बारे में जान सकते हैं," कहा किम्मी वू, एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला में एक ब्रह्माण्ड विज्ञानी।

अपनी लगभग 14 अरब साल की यात्रा के दौरान, सीएमबी से प्रकाश को उसके रास्ते में आने वाले सभी पदार्थों द्वारा खींचा, निचोड़ा और विकृत किया गया है। कॉस्मोलॉजिस्ट सीएमबी प्रकाश में प्राथमिक उतार-चढ़ाव से परे आकाशगंगाओं और अन्य ब्रह्मांडीय संरचनाओं के साथ बातचीत द्वारा छोड़े गए माध्यमिक छापों को देखने लगे हैं। इन संकेतों से, वे दोनों सामान्य पदार्थों के वितरण के बारे में एक स्पष्ट दृष्टिकोण प्राप्त कर रहे हैं - वह सब कुछ जो परमाणु भागों से बना है - और रहस्यमय डार्क मैटर। बदले में, वे अंतर्दृष्टि कुछ लंबे समय से चले आ रहे ब्रह्माण्ड संबंधी रहस्यों को सुलझाने में मदद कर रही हैं और कुछ नए रहस्य पैदा कर रही हैं।

"हम महसूस कर रहे हैं कि सीएमबी हमें न केवल ब्रह्मांड की प्रारंभिक स्थितियों के बारे में बताता है। यह हमें स्वयं आकाशगंगाओं के बारे में भी बताता है," कहा इमैनुएल शान, SLAC में एक ब्रह्माण्ड विज्ञानी भी हैं। "और वह वास्तव में शक्तिशाली निकला।"

छाया का एक ब्रह्मांड

मानक ऑप्टिकल सर्वेक्षण, जो सितारों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को ट्रैक करते हैं, अधिकांश आकाशगंगाओं के अंतर्निहित द्रव्यमान को नज़रअंदाज़ करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि ब्रह्मांड की कुल पदार्थ सामग्री का अधिकांश हिस्सा दूरबीनों के लिए अदृश्य है - या तो काले पदार्थ के गुच्छों के रूप में या आकाशगंगाओं को पुल करने वाली विसरित आयनित गैस के रूप में दृष्टि से बाहर है। लेकिन डार्क मैटर और बिखरी हुई गैस दोनों आने वाले CMB प्रकाश के आवर्धन और रंग पर पता लगाने योग्य छाप छोड़ती हैं।

"ब्रह्मांड वास्तव में एक छाया थिएटर है जिसमें आकाशगंगाएँ नायक हैं, और CMB बैकलाइट है," शाआन ने कहा।

कई छाया खिलाड़ी अब राहत में आ रहे हैं।

जब CMB से प्रकाश कण, या फोटोन, आकाशगंगाओं के बीच गैस में इलेक्ट्रॉनों को बिखेरते हैं, तो वे उच्च ऊर्जा से टकराते हैं। इसके अलावा, यदि वे आकाशगंगाएँ विस्तारित ब्रह्मांड के संबंध में गति में हैं, तो CMB फोटॉनों को क्लस्टर की सापेक्ष गति के आधार पर या तो ऊपर या नीचे दूसरी ऊर्जा शिफ्ट मिलती है।

प्रभावों की यह जोड़ी, जिन्हें क्रमशः थर्मल और किनेमेटिक सुन्येव-जेल्डोविच (एसजेड) प्रभावों के रूप में जाना जाता है, थे पहले सिद्धांत 1960 के दशक के अंत में और पिछले एक दशक में बढ़ती सटीकता के साथ पता चला है। साथ में, SZ प्रभाव एक विशिष्ट हस्ताक्षर छोड़ते हैं जिसे CMB छवियों से छेड़ा जा सकता है, जिससे वैज्ञानिक ब्रह्मांड में सभी सामान्य पदार्थों के स्थान और तापमान को मैप कर सकते हैं।

अंत में, कमजोर गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग के रूप में जाना जाने वाला एक तीसरा प्रभाव सीएमबी प्रकाश के पथ को विकृत करता है क्योंकि यह बड़े पैमाने पर वस्तुओं के पास यात्रा करता है, सीएमबी को विकृत करता है जैसे कि इसे वाइन ग्लास के आधार के माध्यम से देखा गया हो। एसजेड प्रभावों के विपरीत, लेंसिंग सभी पदार्थों के प्रति संवेदनशील है - अंधेरा या अन्यथा।

एक साथ लिया गया, ये प्रभाव ब्रह्मांड विज्ञानियों को सामान्य पदार्थ को काले पदार्थ से अलग करने की अनुमति देते हैं। फिर वैज्ञानिक इन नक्शों को आकाशगंगा सर्वेक्षण से छवियों के साथ ब्रह्मांडीय दूरी और यहां तक ​​​​कि नापने के लिए ओवरले कर सकते हैं ट्रेस स्टार गठन.

In साथी कागजात 2021 में, स्कैन और के नेतृत्व में एक टीम स्टेफानिया एमोडियो, जो अब फ्रांस में स्ट्रासबर्ग खगोलीय वेधशाला में हैं, ने इस दृष्टिकोण को काम में लगाया। उन्होंने यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी द्वारा लिए गए सीएमबी डेटा की जांच की प्लैंक उपग्रह और जमीन आधारित अटाकामा कॉस्मोलॉजी टेलीस्कोप, फिर उन नक्शों के शीर्ष पर लगभग 500,000 आकाशगंगाओं का एक अतिरिक्त ऑप्टिकल सर्वेक्षण रखा गया। तकनीक ने उन्हें साधारण पदार्थ और डार्क मैटर के संरेखण को मापने की अनुमति दी।

विश्लेषण से पता चला है कि इस क्षेत्र की गैस ने अपने सहायक डार्क मैटर नेटवर्क को कसकर गले नहीं लगाया, जैसा कि कई मॉडलों ने भविष्यवाणी की थी। इसके बजाय, यह सुझाव देता है कि सुपरनोवा से विस्फोट और सुपरमैसिव ब्लैक होल में वृद्धि ने गैस को उसके डार्क मैटर नोड्स से दूर कर दिया, जिससे यह फैल गया कि यह पारंपरिक दूरबीनों का पता लगाने के लिए बहुत पतला और ठंडा था।

सीएमबी छाया में फैली हुई गैस का पता लगाने से वैज्ञानिकों को तथाकथित समस्या का पता लगाने में मदद मिली है बेरियन्स की कमी की समस्या. इसने फैलने वाले विस्फोटों की ताकत और तापमान के अनुमान भी प्रदान किए हैं - डेटा जो वैज्ञानिक अब आकाशगंगा विकास के अपने मॉडल और ब्रह्मांड की बड़े पैमाने पर संरचना को परिष्कृत करने के लिए उपयोग कर रहे हैं।

हाल के वर्षों में, ब्रह्माण्ड विज्ञानी इस तथ्य से हैरान हैं कि आधुनिक ब्रह्मांड में पदार्थ का प्रेक्षित वितरण है सिद्धांत की तुलना में चिकनी भविष्यवाणी करता है. यदि इंटरगैलेक्टिक गैस को रिसाइकिल करने वाले विस्फोट वैज्ञानिकों द्वारा ग्रहण की गई तुलना में अधिक ऊर्जावान हैं, जैसा कि शाआन, एमोडियो और हाल ही में किया गया कार्य दूसरों ऐसा लगता है कि ये विस्फोट पूरे ब्रह्मांड में अधिक समान रूप से फैलाने के लिए आंशिक रूप से जिम्मेदार हो सकते हैं, कहा कॉलिन हिल, कोलंबिया विश्वविद्यालय में एक ब्रह्माण्ड विज्ञानी जो CMB हस्ताक्षरों पर भी काम करते हैं। आने वाले महीनों में, एटाकामा कॉस्मोलॉजी टेलीस्कोप में हिल और उनके सहयोगियों ने आकाश कवरेज और संवेदनशीलता दोनों में उल्लेखनीय उछाल के साथ सीएमबी छाया के एक अद्यतन मानचित्र का अनावरण करने की योजना बनाई है।

हिल ने कहा, "हमने केवल सतह को खंगालना शुरू किया है कि आप इस नक्शे के साथ क्या कर सकते हैं।" "यह पहले आने वाली किसी भी चीज़ पर एक सनसनीखेज सुधार है। यह विश्वास करना कठिन है कि यह वास्तविक है।"

अज्ञात के रंग

सीएमबी साक्ष्य का एक महत्वपूर्ण हिस्सा था जिसने ब्रह्माण्ड विज्ञान के मानक मॉडल को स्थापित करने में मदद की - केंद्रीय ढांचा जो शोधकर्ता ब्रह्मांड की उत्पत्ति, रचना और आकार को समझने के लिए उपयोग करते हैं। लेकिन सीएमबी बैकलाइट अध्ययन अब उस कहानी में छेद करने की धमकी दे रहे हैं।

"यह प्रतिमान वास्तव में सटीक माप के परीक्षण से बच गया - हाल ही में," कहा इइचिरो कोमात्सु, मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स के एक कॉस्मोलॉजिस्ट, जिन्होंने विल्किन्सन माइक्रोवेव अनिसोट्रॉपी प्रोब के एक सदस्य के रूप में सिद्धांत को स्थापित करने के लिए काम किया, जिसने 2001 और 2010 के बीच CMB को मैप किया। "हम चौराहे पर हो सकते हैं ... ब्रह्मांड के एक नए मॉडल के ।”

पिछले दो सालों से, कोमात्सु और सहयोगी छाया-रंगमंच मंच पर एक नए चरित्र के संकेतों की जांच कर रहे हैं। संकेत CMB प्रकाश तरंगों के ध्रुवीकरण, या अभिविन्यास में प्रकट होता है, जिसे ब्रह्माण्ड विज्ञान का मानक मॉडल कहता है कि ब्रह्मांड में तरंगों की यात्रा पर स्थिर रहना चाहिए। परंतु जैसे सिद्धांत दिया तीन दशक पहले शॉन कैरोल और उनके सहयोगियों द्वारा, उस ध्रुवीकरण को डार्क मैटर, डार्क एनर्जी, या कुछ पूरी तरह से नए कण के क्षेत्र द्वारा घुमाया जा सकता था। ऐसा क्षेत्र अलग-अलग ध्रुवीकरण के फोटॉन को अलग-अलग गति से यात्रा करने और प्रकाश के शुद्ध ध्रुवीकरण को घुमाने का कारण बनता है, एक संपत्ति जिसे "बायरफ्रिंजेंस" कहा जाता है जिसे कुछ क्रिस्टल द्वारा साझा किया जाता है, जैसे कि एलसीडी स्क्रीन को सक्षम करने वाले। 2020 में, कोमात्सु की टीम खोज की सूचना दी CMB के ध्रुवीकरण में एक छोटा घुमाव - लगभग 0.35 डिग्री। एक अनुवर्ती अध्ययन पिछले साल प्रकाशित उस पहले के परिणाम को मजबूत किया।

यदि ध्रुवीकरण अध्ययन या एक और परिणाम आकाशगंगाओं के वितरण से संबंधित की पुष्टि हो जाती है, तो इसका अर्थ यह होगा कि ब्रह्मांड सभी पर्यवेक्षकों को सभी दिशाओं में समान नहीं दिखता है। हिल और कई अन्य लोगों के लिए, दोनों परिणाम तांत्रिक हैं लेकिन अभी तक निश्चित नहीं हैं। इन संकेतों की जांच करने और संभावित जटिल प्रभावों को दूर करने के लिए अनुवर्ती अध्ययन चल रहे हैं। कुछ ने एक समर्पित प्रस्ताव भी दिया है "बैकलाइट खगोल विज्ञान" अंतरिक्ष यान जो विभिन्न छायाओं का और निरीक्षण करेगा।

कोमात्सु ने कहा, "पांच से 10 साल पहले, लोगों ने सोचा कि ब्रह्मांड विज्ञान किया गया था।" "वह अब बदल रहा है। हम एक नए युग में प्रवेश कर रहे हैं।"