Det verkar som om den moderna förståelsen av universums struktur redan är väletablerad och allmänt accepterad. Men då och då måste det försvaras mot så kallade anomalier, oförklarliga avvikelser från normen som ifrågasätter standardmodellen. Låt oss prata idag om hur ett konstigt kosmologiskt fenomen av sin natur och av en viss sammanfallande omständigheter som kallas "ondskans axel" nästan bröt den moderna kosmologin.
Echo of the big bang
Jorden ser in i himlen med tusentals teleskopiska ögon. Flera dussin fler placeras i omloppsbana. De första teleskopen var optiska och utformades för att observera den ljusa delen av spektrumet av elektromagnetisk strålning, som är tillgänglig för det mänskliga ögat. Moderna kikar in i bottenlösa yttre rymden och observerar dess föremål i hela spektrumet av elektromagnetisk strålning. Ta till exempel rymdobservatoriet Swift. Den är utformad för att registrera och observera kosmiska gammastrålningsskurar - gigantiska energisur som observeras i avlägsna galaxer. Placera kortvågig gammastrålning i början av det elektromagnetiska spektrumet. Det ryska orbitalobservatoriet Radioastron studerar svarta hål och neutronstjärnor i radioområdet, närmare den andra änden av spektrumet.
Vissa kretslopp är bättre kända, andra mindre. Toppar popularitetsbetyget är Hubble Space Telescope, som har varit i omloppsbana i 27 år. Han studerar rymden i det synliga, ultravioletta och infraröda området. Kepler är också allmänt känt, utrustad med en överkänslig fotometer som arbetar inom området 430-890 nm (synliga och infraröda intervall) och som samtidigt kan observera ljusstyrkesvängningarna på 145 000 stjärnor.
Men bland dem finns orbitalobservatorier vars huvudsyfte inte är enskilda stjärnor, planeter eller galaxer, utan själva universum. Syftet med att hitta dem i omloppsbana är att hjälpa astronomer att förstå strukturen i vårt universum, att försöka förstå dess historia. Och kanske, och se genom väggen med otroliga avstånd och andra universum.
WMAP-observatoriet (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) lanserades av NASA i juni 2001 och var en av dessa. Enheten designades för att studera bakgrundsrelikstrålning som bildades som ett resultat av Big Bang. Fram till oktober 2010 var det 1,5 miljoner km från jorden i en bana nära Lagrange-punkten L2 i Sun-Earth-systemet. Under perioden 2001 till 2009 skannade han himmelsfären och överförde resultaten av observationer till jorden. Baserat på data från teleskopet sammanställdes en detaljerad radiokarta över himlen vid flera elektromagnetiska våglängder: från 1,4 cm till 3 mm, vilket motsvarar mikrovågsintervallet.
Relikstrålningen fyller universum jämnt. Denna bakgrunds mikrovågsstrålning, som uppstod under en period av primär vätgasrekombination, är ett slags "eko" från Big Bang. Den har en hög grad av isotropi, det vill säga enhetlighet i alla riktningar. Dess strålningsspektrum motsvarar strålningsspektrumet hos en helt svart kropp med en temperatur på 2,72548 ± 0,00057 K. Den maximala strålningen faller på elektromagnetiska vågor med en längd på 1,9 mm och en frekvens på 160,4 GHz (mikrovågsstrålning). Utan att gå in på detaljer är det på den elektromagnetiska strålningsskalan mellan termisk infraröd strålning och frekvenser för cellulär kommunikation, radio- och tv-sändningar. Mikrovågsbakgrundsstrålningen är isotrop med en noggrannhet på 0,01%. Detta är exakt vad alternationen mellan "varma" orange och "kalla" blå områden på radiokartorna för rymdfarkoster indikerar. Den har lite småskalig anisotropi.
Kampanjvideo:
År 2010 avslutade observatoriet sitt uppdrag. Precis som WMAP en gång ersatte rymdobservatoriet Cosmic Background Explorer (COBE), även känt som Explorer 66, och det ersattes av det mer känsliga och moderna European Planck Observatory, som ligger vid samma punkt L2 … Planck har en högre känslighet och ett bredare frekvensområde.
Jämförelse av resultat från COBE, WMAP och Planck. En illustration av hur olika känsligheten hos deras mätinstrument är
wikipedia.org
Genomborrad av axeln
Huvudbestämmelsen för modern kosmologi, på vilken de flesta moderna modeller av universums struktur bygger, är den så kallade kosmologiska principen. Enligt honom, vid samma ögonblick i tiden, kommer varje observatör, var han än befinner sig och i vilken riktning han än ser, i genomsnitt hitta samma bild i universum.
Detta oberoende från observationsplatsen, likheten mellan alla punkter i rymden kallas homogenitet. Och oberoende från observationsriktningen, frånvaron av en föredragen riktning i rymden, det vill säga det faktum att universum inte föredrar en riktning framför en annan, är isotropi. Och dess frånvaro är anisotropi.
Allt skulle vara bra, men bara under bearbetningen av de data som erhölls av WMAP-sonden drogs slutsatser om just sådan anisotropi i universum. Resultaten av analysen av data visade närvaron i rymden av en viss utökad region, runt vilken orienteringen av hela universums struktur äger rum. Det vill säga i rymden finns det fortfarande en riktning i vilken galaxer och stora rymdföremål är uppradade. Detta fenomen, som kan bryta det moderna konceptet för universum, kallades "ondskans axel". Uttrycket själv myntades av den portugisiska fysikern och kosmologen João Magueijo som arbetade i Storbritannien.
De blå områdena är de kallaste, de orange områdena är de "varmaste". Vit linje - "ondskans axel". Skisserad med en oval - Eridani's Supervoid
wikipedia.org
Det här namnet antas förknippas inte så mycket med fenomenets "geometri" utan med det inflytande som fenomenet kan ha på de nuvarande rådande idéerna om universum. Bland annat införde några år tidigare USA: s president George W. Bush samma term i förhållande till länder som enligt USA sponsrar internationell terrorism och utgör ett hot mot fred och stabilitet på planeten.
Det bör noteras att vårt universum har viss inhomogenitet och anisotropi. Annars skulle det inte finnas några galaxer, inga stjärnor, inga planeter. Och till slut, du och jag också. Dessa är alla avvikelser från universums homogenitet. Den kosmologiska principen gäller mycket stora skalor, långt bortom storleken på ett galaxkluster. Vi talar om hundratals miljoner ljusår. I mindre skala är inhomogenitet möjlig till följd av kvantfluktuationer orsakade av Big Bang.
Mageiju, observerade de "varma" (orange) och "kalla" (blåa) områdena med svängningar av mikrovågsbakgrundsstrålningen, gjorde en intressant upptäckt. Han fann att även på de största skalorna är fluktuationerna i relikstrålningen (temperaturfluktuationer) inte slumpmässigt lokaliserade utan relativt ordnade.
Ett separat exempel på sådan anisotropi manifestation är en relik kall plats i konstellationen Eridanus. Här är mikrovågsstrålningen betydligt lägre än i de omgivande områdena. På nästan en miljard ljusår har Eridani Supervoid mycket färre stjärnor, gas och galaxer än vanligt.
Det finns ingen exakt förståelse för vad som kan ha orsakat ett så gapande hål. Professor Laura Mersini-Houghton från University of North Carolina ger denna spännande förklaring: "Detta är definitivt ett avtryck av ett annat universum utöver vårt eget."
Verkade?
Och 2009 lanserade ESA det mer avancerade Planck-teleskopet i omloppsbana. Rymdfarkosten hade två instrument ombord för att studera himlen: en lågfrekvent mottagare som täckte frekvensområdet från 30 till 70 GHz, vilket motsvarar våglängder från cirka 4 till 10 mm, och en högfrekvent mottagare med en frekvens från 100 till 857 GHz och våglängder från 0, 35 till 1 mm. Den uppsamlade strålningen fokuseras på instrumenten genom ett system med två speglar - den huvudsakliga, som mäter 1,9 x 1,5 m och den sekundära, vars storlek är 1,1 x 1,0 m. Teleskopets mottagare kyldes till nästan absolut noll och fungerade vid en temperatur av –273., 05 ° C, dvs 0,1 ° C över absolut noll. Observation av himlen "Planck" fortsatte tills uttömningen av flytande helium i januari 2012 svalnade mottagarna.
Teleskop "Planck" vid Lagrange-punkten L2 i Sun-Earth-systemet
popsci.com
Han var tvungen att motbevisa de resultat som WMAP erhöll, eller tvärtom bekräfta dem. Och den första analysen av de erhållna uppgifterna, som genomfördes 2013, visade att "ondskans axel" i universum verkligen existerar. Men vid den tiden hade all information som rymdfarkosten fått ännu inte publicerats.
Det var först förra året som ett forskargrupp vid University College London (UCL) och Imperial College London, baserat på resultaten av en analys av en komplett dataset från ett teleskop, visade att det verkligen inte finns någon "axel". Uppgifterna från teleskopet mellan 2009 och 2013 analyserades med hjälp av en superdator. Resultaten av analysen visade: Universum är isotropiskt. Studien av brittiska astronomer publicerades i maj 2016 av Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, en forskningskosmolog vid Institutionen för fysik och astronomi vid University College London, som deltog i studien, döljer inte sin glädje: "Vi kan säga att vi räddade kosmologin från en fullständig översyn."
I en förklaring av studieresultaten som publicerats på högskolans webbplats förklarar Daniela:”Resultaten av studien är det bästa beviset på att universum är detsamma i alla riktningar. Vår nuvarande förståelse av universums struktur bygger på antagandet att den inte föredrar en riktning framför en annan. Men du måste förstå att Einsteins relativitetsteori i princip inte förnekar möjligheten att det finns ett obalanserat utrymme. Universum som roterar eller sträcker sig kan mycket väl existera, så det är mycket viktigt att det inte är fallet i vårt fall. Även om vi naturligtvis inte helt kan utesluta detta, men våra beräkningar visar att sannolikheten för detta bara är en av 121.000."
Skannar himmelsfären med Planck-teleskopet
esa.int
Sergey Sobol