Отправляет email-рассылки с помощью сервиса Sendsay
Общество → Наука → Новости науки

Клуб любителей космоса 751

Открытая группа
4590 участников
Администратор Adm-X
Администратор vladmiza

Важные темы:

Последние откомментированные темы:

20240425020307

←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →
OldProger
2программист пишет:

Реликтовое излучение. Обзор. Часть 2.

  1. Общие свойства реликтового излучения.

Параметры спектра в настоящее время измерены довольно точно. Кривая спектральной плотности почти точно описывается формулой Планка, имеет максимум на частоте 1.604∙1011Гц, что соответствует длине волны 1.870мм. Температура излучения по данным спутника COBE составляет 2.72548±0.00057К. Концентрация реликтовых фотонов равна 411.7 в 1см3, плотность энергии 0.25эВ/см3, что соответствует плотности массы 4.659∙10-34 г/см3.

О важности формы и параметров спектра РИ говорит тот факт, что в 2006 г. Джону Мазеру и Джорджу Смуту была присуждена Нобелевская премия по физике за открытие ими чернотельной формы спектра и анизотропии космического микроволнового фонового излучения. Эти результаты были получены на основе измерений, выполненных с помощью спутника COBE, запущенного NASA в 1988 г. Результаты Дж. Мазера и Дж. Смута явились подтверждением происхождения Вселенной в результате Большого взрыва.

В последующие годы на различных длинах волн от десятков сантиметров до доли миллиметра были проведены многочисленные измерения. Для таких измерений были запущены даже спутники. В 1992 году спутник COBE выдал карту РИ для всего неба с угловым разрешением порядка 7 градусов в трех частотных диапазонах и с разрешением по температуре в 70 мкК. В 2003 спутник WMAP смог увеличить разрешение до 0.3 градуса. Спутник «Планк» работал в девяти частотных диапазонах с угловым разрешением до 0,07°, и с температурным – 5 мкК. Благодаря именно этому спутнику получены важнейшие астрофизические открытия, о которых – чуть позже.

Очень интересна орбита спутника. Если соединить осью Солнце и Землю, то существует точка Лагранжа L2, лежащая на этой оси за Землей на расстоянии около 1.5 млн км. На тело в этой точке действует суммарная сила притяжения Солнца и Земли, а расстояние выбрано так, что центробежная сила от вращения вокруг Солнца уравновешивает эту силу. Орбита спутника «Планк» – так называемая орбита Лиссажу, представляет собой сложную квазипериодическую траекторию, имеющую центром L2. В точке L2 находятся спутники WMAP, «Гершель», «Планк», «Gaia», «Спектр РГ». Планируется разместить там идущие на смену «Хабблу» телескопы «Джеймс Уэбб» и «PLATO».

 

  1. Анизотропия реликтового излучения. Общие сведения.

В определенном смысле РИ можно считать неким «новым эфиром». Дело в том, что оно изотропно только в системе отсчета, связанной с разбегающимися галактиками, в так называемой сопутствующей системе отсчета, которая расширяется вместе с Вселенной. В любой другой системе оно неизотропно, что позволило вычислить скорость суточного вращения Земли, скорость вращения Земли вокруг Солнца и скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики. Так, например, в направлении на созвездие Льва температура РИ на 3,5 мК превышает среднюю, а в противоположном направлении (созвездие Водолея) на столько же ниже средней.

Следовательно, Солнце (вместе с Землёй) движется относительно РИ со скоростью около 400 км/с по направлению к созвездию Льва. Вспомним о безуспешных попытках определить эти скорости относительно «светоносного эфира».

Вообще же под анизотропией РИ будем понимать зависимость температуры от направления –  места на карте РИ. Важнейшие явления, связанные с поляризацией РИ, рассматривать не будем ввиду сложности для понимания широким кругом читателей. Как уже было сказано, спектр РИ почти идеально соответствует планковской кривой. Температура излучения почти не зависит от направления на небосводе. Однако оказалось, что именно из этих незначительных отклонений от идеала можно получить интереснейшую информацию и о ранней, и о современной Вселенной, которая лежит в самой основе современной космологии.

О структуре материи в ранней Вселенной говорит знаменитая карта анизотропии РИ, полученная космической обсерваторией «Планк».

 

Рис. 3. Карта анизотропии реликтового излучения.

Чтобы понять остаточное свечение Большого взрыва, необходимо изучить не с меньшей точностью и те эффекты, которые могут загрязнить нужный сигнал. Этот шаг нужно было сделать перед тем, как извлекать любую космологическую информацию. Например, «Планком» была получена полная пылевая карта Млечного Пути, которая как раз и представляла собой «шум», и который необходимо вычесть, чтобы воссоздать наш фоновый доисторический космический сигнал.
Получив полный сигнал от ранней Вселенной, его можно проанализировать и извлечь всю возможную информацию. Это означает извлечение из температурных флуктуаций, происходящих на крупных, средних и мелких масштабах, важнейшей информации, например, сколько нормальной материи, тёмной материи и тёмной энергии есть во Вселенной, каково было первоначальное распределение и спектр флуктуаций плотности, какова форма и кривизна Вселенной, когда произошла реионизация Вселенной (и, соответственно, формирование звёзд достигло определённого порога), можем ли мы увидеть результат действия гравитационных волн, количество и температура нейтрино в то время, и многое другое.

По данным «Планка» оказалось, что во Вселенной – 31,5% материи (из них 4,9% нормальной, а остальное – тёмная), 68,5% тёмной энергии, а скорость расширения равна 67,4 км/с/Мпк. Причём у скорости настолько малая погрешность (~1%), что она вступает в противоречие с измерениями, сделанными на основе космической лестницы расстояний, из которой получается скорость в 73 км/с/Мпк. Это, пожалуй, наибольшее противоречие из всех, относящихся к современному представлению о Вселенной.

От «Планка» мы узнали, что нейтрино есть всего три типа, и что масса каждого вида не может превышать 0,4 эВ/с2: это в 10 млн раз меньше электрона. Мы знаем, что космическая температура этих нейтрино соответствует 72% температурной/кинетической энергии фотонов РИ; если бы у них не было массы, то сегодня их температура равнялась бы 2 К.

Определен период эпохи вторичной ионизации, когда нейтральный газ во Вселенной стал ионизованным за счет ультрафиолетового излучения первых звезд и активных ядер галактик. Эпохе вторичной ионизации соответствует красное смещение zre = 8.8 ±1.2.

Используя только данные РИ, из этой информации получена оценка кривизны ΩK=0.0008±0.004 –  нулевое значение соответствует плоской, псевдоэвклидовой Вселенной. Полученное малое значение ΩK является признаком того, что наша Вселенная с высокой точностью плоская (т.е. сумма углов любого треугольника, построенного на больших масштабах, равна 180о), что, в свою очередь, говорит в пользу теории инфляционного расширения.

Нужно помнить, кроме того, что эта картинка – восстановленная карта флуктуаций реликтового излучения, еще и что эта карта – действительно лишь картинка, иллюстрация. Каждой пикселе этой картинки соответствует огромное количество числовой информации, которая, собственно, и является картой для пользования, предоставленной коллаборацией «Планк» мировому научному сообществу в открытом виде в 2013 году.

 

Вступите в группу, и вы сможете просматривать изображения в полном размере
Это интересно
0

OldProger
2программист 15.02.2020
Пожаловаться Просмотров: 584  
Комментарии 0
←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →


Комментарии временно отключены