Big Bang Afterglow'daki Gölgeler Görünmez Kozmik Yapıları Ortaya Çıkarıyor

Büyük Patlama'dan yaklaşık 400,000 yıl sonra, bebek evrenin ilkel plazması, ilk atomların birleşmesi için yeterince soğudu ve gömülü radyasyonun serbestçe uçması için yer açtı. Bu ışık - kozmik mikrodalga arka planı (CMB) - gökyüzünde her yöne doğru akmaya devam ederek, özel teleskoplar tarafından toplanan ve hatta eski katot ışını televizyonlarında statik olarak ortaya çıkan erken evrenin bir anlık görüntüsünü yayınlıyor.

Bilim adamları 1965'te CMB radyasyonunu keşfettikten sonra, onun küçük sıcaklık değişimlerini titizlikle haritaladılar. kozmosun tam hali sadece köpüren bir plazma olduğunda. Şimdi, evren olgunlaştıkça milyarlarca yılda gelişen büyük ölçekli yapıları kataloglamak için SPK verilerini yeniden amaçlıyorlar.

"O ışık, evrenin tarihinin büyük bir bölümünü deneyimledi ve nasıl değiştiğini görerek, farklı dönemler hakkında bilgi edinebiliriz" dedi. Kimmy WuSLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda bir kozmolog.

Yaklaşık 14 milyar yıllık yolculuğu boyunca SPK'dan gelen ışık, önüne çıkan tüm maddeler tarafından esnetildi, sıkıştırıldı ve büküldü. Kozmologlar, CMB ışığındaki birincil dalgalanmaların ötesine, galaksiler ve diğer kozmik yapılarla etkileşimlerin bıraktığı ikincil izlere bakmaya başlıyorlar. Bu sinyallerden, hem sıradan maddenin - atomik parçalardan oluşan her şeyin - hem de gizemli karanlık maddenin dağılımı hakkında daha net bir görüş kazanıyorlar. Buna karşılık, bu içgörüler, uzun süredir devam eden bazı kozmolojik gizemleri çözmeye ve bazı yenilerini ortaya çıkarmaya yardımcı oluyor.

“SPK'nın bize sadece evrenin başlangıç ​​koşullarından bahsetmediğini anlıyoruz. Ayrıca bize galaksilerin kendileri hakkında da bilgi veriyor” dedi. Emmanuel Schaan, aynı zamanda SLAC'ta bir kozmolog. "Ve bunun gerçekten güçlü olduğu ortaya çıktı."

Gölgeler Evreni

Yıldızların yaydığı ışığı izleyen standart optik taramalar, gökadaların altında yatan kütlelerin çoğunu gözden kaçırır. Bunun nedeni, evrenin toplam madde içeriğinin büyük çoğunluğunun teleskoplar tarafından görülmemesidir - ya karanlık madde kümeleri ya da galaksiler arasında köprü oluşturan dağılmış iyonize gaz olarak görüş alanının dışında tutulur. Ancak hem karanlık madde hem de saçılan gaz, gelen CMB ışığının büyütmesi ve rengi üzerinde saptanabilir izler bırakır.

Schaan, "Evren gerçekten de galaksilerin başrolde olduğu ve SPK'nın arka ışık olduğu bir gölge tiyatrosudur" dedi.

Gölge oyuncuların çoğu artık rahatlıyor.

CMB'den gelen hafif parçacıklar veya fotonlar, gazdaki elektronları galaksiler arasında saçtığında, daha yüksek enerjilere çarparlar. Ek olarak, bu galaksiler genişleyen evrene göre hareket halindeyse, CMB fotonları, kümenin göreli hareketine bağlı olarak yukarı veya aşağı ikinci bir enerji kayması elde eder.

Sırasıyla termal ve kinematik Sunyaev-Zel'dovich (SZ) etkileri olarak bilinen bu etki çifti, ilk kuramsallaştırılmış 1960'ların sonlarında ve son on yılda artan bir hassasiyetle tespit edildi. SZ etkileri birlikte, CMB görüntülerinden çıkarılabilecek karakteristik bir imza bırakarak, bilim adamlarının evrendeki tüm sıradan maddelerin yerini ve sıcaklığını haritalandırmasına olanak tanır.

Son olarak, zayıf yerçekimsel mercekleme olarak bilinen üçüncü bir etki, büyük nesnelerin yakınından geçerken CMB ışığının yolunu bükerek, CMB'yi sanki bir şarap kadehinin tabanından görülüyormuş gibi bozar. SZ efektlerinden farklı olarak mercekleme, karanlık veya başka türlü tüm maddelere karşı hassastır.

Birlikte ele alındığında, bu etkiler kozmologların sıradan maddeyi karanlık maddeden ayırmasına olanak tanır. Daha sonra bilim adamları, kozmik mesafeleri ölçmek için bu haritaları galaksi araştırmalarından elde edilen görüntülerle kaplayabilir ve hatta iz yıldız oluşumu.

In yoldaş kâğıtlar 2021'de Schaan liderliğindeki bir ekip ve Stefania AmodeoŞu anda Fransa'daki Strasbourg Astronomik Gözlemevinde bulunan , bu yaklaşımı uygulamaya koydu. Avrupa Uzay Ajansı tarafından alınan SPK verilerini incelediler planck uydusu ve yer tabanlı Atacama Kozmoloji Teleskobu, ardından bu haritaların üzerine yaklaşık 500,000 gökadanın ek bir optik araştırması istiflendi. Teknik, sıradan madde ve karanlık maddenin hizalanmasını ölçmelerine izin verdi.

Analiz, bölgenin gazının, onu destekleyen karanlık madde ağına pek çok modelin tahmin ettiği kadar sıkı sarılmadığını gösterdi. Bunun yerine, süpernovalardan ve biriken süper kütleli kara deliklerden gelen patlamaların gazı karanlık madde düğümlerinden uzaklaştırdığını ve geleneksel teleskopların algılayamayacağı kadar ince ve soğuk olacak şekilde yaydığını öne sürüyor.

SPK gölgelerinde yayılan gazı tespit etmek, bilim adamlarının sözde sorunu daha fazla ele almalarına yardımcı oldu. eksik baryon sorunu. Ayrıca, dağılan patlamaların gücü ve sıcaklığı hakkında tahminler de sağladı - bilim adamlarının şu anda galaksi evrimi modellerini ve evrenin büyük ölçekli yapısını geliştirmek için kullandıkları veriler.

Son yıllarda, kozmologlar, modern evrende maddenin gözlenen dağılımının teorinin öngördüğünden daha pürüzsüz. Galaksiler arası gazı geri dönüştüren patlamalar, bilim insanlarının varsaydığından daha enerjikse, Schaan, Amodeo ve diğerleri Görünüşe göre bu patlamalar, maddenin evrene daha eşit bir şekilde yayılmasından kısmen sorumlu olabilir. Colin TepesiColumbia Üniversitesi'nde SPK imzaları üzerinde de çalışan bir kozmolog. Önümüzdeki aylarda, Atacama Kozmoloji Teleskobu'ndaki Hill ve meslektaşları, hem gökyüzü kapsamı hem de hassasiyette kayda değer bir sıçrama ile güncellenmiş bir CMB gölgeleri haritası çıkarmayı planlıyor.

Hill, "Bu haritayla yapabileceklerinizin yalnızca yüzeyini çizmeye başladık," dedi. “Daha önce gelen her şeye göre sansasyonel bir gelişme. Gerçek olduğuna inanmak zor."

Bilinmeyen Gölgeler

SPK, araştırmacıların evrenin kökenini, bileşimini ve şeklini anlamak için kullandıkları merkezi çerçeve olan standart kozmoloji modelini oluşturmaya yardımcı olan önemli bir kanıttı. Ancak SPK arka ışık çalışmaları artık bu hikayede boşluklar açmakla tehdit ediyor.

"Bu paradigma, yakın zamana kadar hassas ölçümler testinden gerçekten sağ çıktı" dedi. Eichiro Komatsu2001 ile 2010 yılları arasında SPK'nın haritasını çıkaran Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondasının bir üyesi olarak teoriyi oluşturmak için çalışan Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden bir kozmolog. ”

Son iki yıldır Komatsu ve meslektaşları, gölge tiyatrosu sahnesinde yeni bir karakterin ipuçlarını araştırıyorlar. Sinyal, standart kozmoloji modelinin dalgaların evrendeki yolculuğunda sabit kalması gerektiğini söylediği CMB ışık dalgalarının polarizasyonunda veya yöneliminde görünür. Ancak teorize otuz yıl önce Sean Carroll ve meslektaşları tarafından, bu kutuplaşma bir karanlık madde, karanlık enerji veya tamamen yeni bir parçacık alanı tarafından döndürülebilirdi. Böyle bir alan, farklı polarizasyondaki fotonların farklı hızlarda hareket etmesine ve ışığın net polarizasyonunu döndürmesine neden olur; bu, LCD ekranları etkinleştirenler gibi belirli kristaller tarafından paylaşılan "çift kırılma" olarak bilinen bir özelliktir. 2020'de Komatsu'nun ekibi bildirilen bulgu SPK'nın polarizasyonunda küçük bir dönüş - yaklaşık 0.35 derece. Bir takip çalışması geçen yıl yayınlandı önceki sonucu güçlendirdi.

Polarizasyon çalışması veya başka bir sonuç Galaksilerin dağılımı ile ilgili doğrulanırsa, evrenin tüm gözlemcilere her yönden aynı görünmediği anlamına gelir. Hill ve diğerleri için her iki sonuç da umut verici ama henüz kesin değil. Bu ipuçlarını araştırmak ve olası kafa karıştırıcı etkileri ortadan kaldırmak için takip çalışmaları devam etmektedir. Hatta bazıları özel bir teklif bile önerdiler. “arka ışık astronomisi” uzay aracı bu, çeşitli gölgeleri daha fazla inceleyecektir.

Komatsu, "Beş ila 10 yıl önce insanlar kozmolojinin bittiğini düşündüler" dedi. “Bu artık değişiyor. Yeni bir döneme giriyoruz.”