Οι «κυματισμοί» ενεργειακών κυμάτων πάνω από τη Γη θα μπορούσαν να περιέχουν την ιστορία του σύμπαντος

By | March 2, 2024

Μετρώντας τον τρόπο με τον οποίο κινούνται τα ενεργειακά κύματα στον ουρανό της Γης, οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει έναν τρόπο να εμβαθύνουν στην 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια ιστορία του σύμπαντός μας – ξεκινώντας από το «πρώτο φως» του.

Η ομάδα, με επικεφαλής τους αστροφυσικούς του Πανεπιστημίου Johns Hopkins, χρησιμοποίησε μια σειρά από τηλεσκόπια μικροκυμάτων που ονομάζονται Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) για να χαρτογραφήσει το 75% του ουρανού πάνω από τη Γη. Αυτό το παρατηρητήριο βρίσκεται στην οροσειρά των Άνδεων, περίπου 16.860 πόδια πάνω από την έρημο Ατακάμα της Χιλής.

Οι μετρήσεις που έγιναν από το CLASS έχουν να κάνουν με την «πόλωση μικροκυμάτων», που σχετίζεται με την κατεύθυνση στην οποία ευθυγραμμίζονται τα κύματα φωτός. Αυτές οι μετρήσεις θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να φιλτράρουν ένα μήκος κύματος ακτινοβολίας που απελευθερώνεται από τον Γαλαξία που συνδέεται με το πρώτο φως του σύμπαντος, ένα ουράνιο απολίθωμα που ονομάζεται «κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων» ή CMB.

«Μελετώντας την πόλωση του CMB, οι αστροφυσικοί μπορούν να συμπεράνουν πώς πρέπει να ήταν το σύμπαν σε παλαιότερες εποχές», δήλωσε ο Tobias Marriage, συναρχηγός της ομάδας και καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Johns Hopkins, σε μια δήλωση. «Οι αστροφυσικοί μπορούν να επιστρέψουν σε πολύ, πολύ αρχαίους χρόνους – στις αρχικές συνθήκες, στις πρώτες στιγμές που εφαρμόστηκε η ύλη στο Σύμπαν και η κατανομή της ενέργειας – και μπορούν να τα συνδέσουν όλα αυτά με αυτό που βλέπουμε σήμερα».

Σχετίζεται με: Η αιφνιδιαστική ανακάλυψη των ακτίνων γάμμα θα μπορούσε να ρίξει φως στο κοσμικό μυστήριο

Αποκωδικοποίηση κοσμικού απολιθώματος

Το CMB αποτελείται από υπολειπόμενο φως από ένα γεγονός που συνέβη περίπου 380 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται «εποχή ανασυνδυασμού». Μέχρι αυτό το σημείο, το σύμπαν ήταν γεμάτο με ένα καυτό, πυκνό πλάσμα που το έκανε αδιαφανές. Αυτές οι λεγόμενες κοσμικές σκοτεινές εποχές προκλήθηκαν από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που αναπηδούν ατελείωτα γύρω από σωματίδια φωτός που ονομάζονται φωτόνια.

Στη συνέχεια, η εποχή του ανασυνδυασμού ξεκίνησε όταν το σύμπαν επεκτάθηκε και ψύχθηκε αρκετά ώστε να επιτρέψει στα ηλεκτρόνια να συνδεθούν με πρωτόνια, δημιουργώντας τα πρώτα άτομα και δημιουργώντας το ελαφρύτερο και απλούστερο στοιχείο στο σύμπαν: το υδρογόνο. Η ξαφνική απουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων σήμαινε ότι τα φωτόνια ήταν αμέσως ελεύθερα να ταξιδέψουν και το σύμπαν έγινε διαφανές στο φως.

Αυτό το πρώτο φως θεωρείται σήμερα ως CMB.

Επειδή χρονολογείται από μια εποχή που το Σύμπαν ήταν πολύ πιο πυκνό από ό,τι είναι σήμερα, το CMB απλώθηκε σχεδόν ομοιόμορφα σε όλο τον κόσμο. Ωστόσο, υπάρχουν μικρές παραλλαγές στο CMB και, καθώς αυτή η ακτινοβολία υπάρχει εδώ και περίπου 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια, είναι αυτές οι παραλλαγές που λένε την ιστορία της ύλης και πώς έχει εξελιχθεί η κατανομή της. Αυτό περιλαμβάνει τον σχηματισμό των πρώτων αστέρων, γαλαξιών και γαλαξιακών σμηνών.

«Η μελέτη της ακτινοβολίας λειψάνων από την αρχή του σύμπαντος είναι κρίσιμη για την κατανόηση του πώς δημιουργήθηκε ολόκληρος ο κόσμος και γιατί είναι έτσι όπως είναι», ο Nigel Sharp, διευθυντής προγράμματος του Τμήματος Αστρονομικών Επιστημών στο Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών. υποστήριξε το CLASS για περισσότερο από μια δεκαετία, ανέφερε η δήλωση. «Αυτές οι νέες μετρήσεις παρέχουν βασικές λεπτομέρειες μεγάλης κλίμακας στην αυξανόμενη εικόνα μας για τις παραλλαγές που υπάρχουν στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων – ένα κατόρθωμα που είναι ιδιαίτερα εντυπωσιακό επειδή επιτεύχθηκε με τη χρήση επίγειων οργάνων».

Οι νέοι χάρτες ουρανού πόλωσης CLASS έχουν λιγότερο θόρυβο από τους αντίστοιχους δορυφορικούς χάρτες.  Η κατεύθυνση της πόλωσης αντιπροσωπεύεται από το κόκκινο και το μπλε, ενώ η ισχύς πόλωσης αποτυπώνεται από το βάθος χρώματος.  Τα γκρίζα τμήματα αντιπροσωπεύουν μέρη του ουρανού που τα τηλεσκόπια CLASS δεν μπορούν να παρατηρήσουν λόγω της γεωγραφικής τους θέσης.

Οι νέοι χάρτες ουρανού πόλωσης CLASS έχουν λιγότερο θόρυβο από τους αντίστοιχους δορυφορικούς χάρτες. Η κατεύθυνση της πόλωσης αντιπροσωπεύεται από το κόκκινο και το μπλε, ενώ η ισχύς πόλωσης αποτυπώνεται από το βάθος χρώματος. Τα γκρίζα τμήματα αντιπροσωπεύουν μέρη του ουρανού που τα τηλεσκόπια CLASS δεν μπορούν να παρατηρήσουν λόγω της γεωγραφικής τους θέσης.

Οι χάρτες CLASS παρέχουν πληροφορίες σχετικά με ένα σήμα μικροκυμάτων που ονομάζεται γραμμική πόλωση, το οποίο εκπέμπεται όταν το φως περιορίζεται σε ένα μόνο επίπεδο. Η γραμμική πόλωση των μικροκυμάτων είναι το αποτέλεσμα του μαγνητικού πεδίου του Γαλαξία που περιστρέφει ηλεκτρόνια με υψηλές ταχύτητες. Αυτό το σήμα θα μπορούσε επομένως να βοηθήσει στη μελέτη του Γαλαξία – αλλά θα μπορούσε επίσης να εμποδίσει την έρευνα του πρώιμου σύμπαντος χρησιμοποιώντας το CMB.

Χαρτογραφώντας καθαρά τον ουρανό των μικροκυμάτων και επιτρέποντας στους επιστήμονες να φιλτράρουν τα γραμμικά πολωμένα μικροκύματα, το CLASS θα μπορούσε να βελτιώσει την κατανόησή μας για τις φυσικές διεργασίες που υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν. Αυτές οι διαδικασίες θα ήταν ικανές να δημιουργήσουν ένα σενάριο κυκλικής πόλωσης. Η κυκλική πόλωση συμβαίνει όταν το φως συμπεριφέρεται σαν ένα δισδιάστατο εγκάρσιο κύμα. διαφέρει από τα γραμμικά πολωμένα μικροκύματα.

Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση.  Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς σχήματος.Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση.  Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς σχήματος.

Γραμμική πόλωση vs κυκλική πόλωση. Το γραμμικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα επίπεδο, ενώ το κυκλικό διάγραμμα δείχνει το φως να κινείται σε ένα είδος σπειροειδούς σχήματος.

«Είναι πολύ σημαντικό να γνωρίζουμε τη φωτεινότητα της εκπομπής από τον γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, γιατί αυτό πρέπει να διορθώσουμε για να κάνουμε μια βαθύτερη ανάλυση της κοσμικής ακτινοβολίας μικροκυμάτων υποβάθρου», δήλωσε ο Joseph Eimer, επικεφαλής συγγραφέας του ερευνητής και αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο John Hopkins. είπε στην ανακοίνωση. “Το CLASS είναι πολύ επιτυχημένο στον χαρακτηρισμό της φύσης αυτού του σήματος, ώστε να μπορούμε να το αναγνωρίσουμε και να αφαιρέσουμε αυτούς τους ρύπους από τις παρατηρήσεις.”

ΣΧΕΤΙΚΑ ΙΣΤΟΡΙΑ:

– 300 αστέρια νετρονίων με έκρηξη ακτίνων γάμμα που βρέθηκαν σε μεγάλους αριθμούς – και μερικά είναι «πάλσαρ αράχνης»

— Τηλεσκόπιο Fermi της NASA: Μελετώντας το σύμπαν υψηλής ενέργειας

– Νέος χάρτης της σκοτεινής ύλης που δημιουργήθηκε με «κοσμικό απολίθωμα» δείχνει ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο (ξανά)

Με την παράδοση αυτών των νέων αποτελεσμάτων, η CLASS έχει θέσει ένα νέο πρότυπο για τη χαρτογράφηση της πόλωσης του φωτός, ανοίγοντας νέους δρόμους για ένα παρατηρητήριο με βάση τη Γη που μπορεί να χρειαστεί να αντιμετωπίσει παρεμβολές από την ατμόσφαιρα του πλανήτη μας.

«Το έργο βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της προώθησης επίγειων μετρήσεων πόλωσης σε μεγαλύτερη κλίμακα», κατέληξε ο Έλμερ.

Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε στις 26 Φεβρουαρίου στο The Astrophysical Journal.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *