Zdi se, da je sodobno razumevanje strukture vesolja že dobro uveljavljeno in splošno sprejeto. A občasno se ga je treba braniti pred tako imenovanimi anomalijami, nepojasnjenimi odstopanji od norme, ki postavljajo standardni model pod vprašaj. Danes se pogovorimo o tem, kako je nenavaden kozmološki pojav po svoji naravi in po naključju okoliščin, imenovan "Os zla", skoraj zlomil sodobno kozmologijo.
Odmev velikega poka
Zemlja gleda v nebo s tisoči teleskopskih oči. Še nekaj deset jih je postavljenih v orbito. Prvi teleskopi so bili optični in so bili zasnovani za opazovanje svetlobnega dela spektra elektromagnetnega sevanja, ki je dostopen človeškemu očesu. Sodobni gledajo v vesolje brez dna in opazujejo njegove predmete v celotnem spektru elektromagnetnega sevanja. Vzemimo na primer vesoljski observatorij Swift. Zasnovan je za registracijo in opazovanje kozmičnih izbruhov gama žarkov - velikanskih izbruhov energije, ki jih opazimo v oddaljenih galaksijah. Kratkovalovno gama sevanje postavite na sam začetek elektromagnetnega spektra. Ruski orbitalni observatorij Radioastron preučuje črne luknje in nevtronske zvezde v radijskem območju, bližje drugemu koncu spektra.
Nekateri opazovalnice v orbiti so bolj znane, nekatere manj. Na vrhu priljubljenosti je Hubblov vesoljski teleskop, ki je v orbiti že 27 let. Preučuje prostor v vidnem, ultravijoličnem in infrardečem območju. Široko znan je tudi Kepler, ki je opremljen s preobčutljivim fotometrom, ki deluje v območju 430–890 nm (vidni in infrardeči obseg) in je zmožen hkrati opazovati nihanja svetlosti 145.000 zvezd.
Toda med njimi obstajajo orbitalne opazovalnice, katerih glavni namen niso posamezne zvezde, planeti ali galaksije, temveč vesolje samo. Namen njihovega iskanja v orbiti je pomagati astronomom razumeti zgradbo našega vesolja in poskusiti razumeti njegovo zgodovino. In morda, in videti skozi steno neverjetnih razdalj in drugih vesolj.
Observatorij WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), ki ga je NASA začela junija 2001, je bil eden takšnih. Naprava je bila namenjena preučevanju reliktnega sevanja v ozadju, ki je nastalo kot posledica velikega poka. Do oktobra 2010 je bilo 1,5 milijona km od Zemlje v orbiti blizu Lagrangeove točke L2 sistema Sonce - Zemlja. V obdobju od 2001 do 2009 je skeniral nebesno kroglo in rezultate opazovanj posredoval na Zemljo. Na podlagi podatkov, pridobljenih s teleskopom, je bil sestavljen podroben radijski zemljevid neba pri več elektromagnetnih valovnih dolžinah: od 1,4 cm do 3 mm, kar ustreza območju mikrovalov.
Reliktno sevanje napolni vesolje enakomerno. To mikrovalovno sevanje v ozadju, ki je nastalo v dobi primarne rekombinacije vodika, je nekakšen "odmev" Velikega poka. Ima visoko stopnjo izotropije, to je enakomernost v vseh smereh. Njegov sevalni spekter ustreza sevalnemu spektru popolnoma črnega telesa s temperaturo 2,72548 ± 0,00057 K. Največ sevanja pade na elektromagnetne valove dolžine 1,9 mm in frekvence 160,4 GHz (mikrovalovno sevanje). Ne da bi se spuščali v podrobnosti, je na lestvici elektromagnetnega sevanja med toplotnim infrardečim sevanjem in frekvencami celičnih komunikacij, radijskega in televizijskega oddajanja. Sevanje mikrovalov v ozadju je izotropno z natančnostjo 0,01%. Prav na to kaže menjavanje "toplih" oranžnih in "hladnih" modrih površin na radijskih kartah vesoljskih plovil. Ima majhno anizotropijo.
Promocijski video:
Leta 2010 je observatorij zaključil svoje poslanstvo. Tako kot je WMAP nekoč zamenjal observatorij Cosmic Background Explorer (COBE), znan tudi kot Explorer 66, in ga je nadomestil bolj občutljiv in sodoben evropski observatorij Planck, ki se nahaja na isti točki L2 … Planck ima večjo občutljivost in širše frekvenčno območje.
Primerjava rezultatov COBE, WMAP in Planck. Prikaz, kako različna je občutljivost njihovih merilnih instrumentov
wikipedia.org
Preboden z osjo
Glavna določba sodobne kozmologije, na kateri temelji večina sodobnih modelov zgradbe vesolja, je tako imenovani kozmološki princip. Po njegovem mnenju bo vsak opazovalec v istem trenutku, ne glede na to, kje je in v katero smer bo pogledal, v povprečju našel enako sliko v vesolju.
Ta neodvisnost od kraja opazovanja, enakosti vseh točk v prostoru se imenuje homogenost. In neodvisnost od smeri opazovanja, odsotnost prednostne smeri v vesolju, to je dejstvo, da Vesolje nima raje ene smeri kot druge, je izotropija. Njegova odsotnost je anizotropija.
Vse bi bilo v redu, a šele v postopku obdelave podatkov, pridobljenih s sondo WMAP, so bili sprejeti sklepi o prav takšni anizotropiji vesolja. Rezultati analize podatkov so pokazali prisotnost v prostoru določenega razširjenega območja, okoli katerega poteka usmeritev celotne strukture Vesolja. To pomeni, da v vesolju še vedno obstaja smer, v katero se vrstijo galaksije in veliki vesoljski predmeti. Ta pojav, ki je zmožen razbiti moderno razumevanje vesolja, je bil imenovan "os zla". Izraz je sam skoval portugalski fizik in kozmolog João Magueijo, ki dela v Veliki Britaniji.
Modra območja so najhladnejša, oranžna območja so "najtoplejša". Bela črta - "Os zla". Okrožen z ovalno - Eridanijev Supervoid
wikipedia.org
Menijo, da je to ime povezano ne toliko z "geometrijo" pojava, temveč z vplivom, ki ga ima lahko pojav na trenutno prevladujoče predstave o vesolju. Med drugim je nekaj let prej ameriški predsednik George W. Bush uvedel enak izraz v zvezi z državami, ki po navedbah ZDA sponzorirajo mednarodni terorizem in ogrožajo mir in stabilnost na planetu.
Treba je opozoriti, da ima naše Vesolje nekaj nehomogenosti in anizotropije. V nasprotnem primeru ne bi bilo galaksij, zvezd, planetov. In na koncu tudi ti in jaz. Vse to so odstopanja od homogenosti vesolja. Kozmološko načelo velja za zelo velike lestvice, ki presegajo velikost jate galaksij. Govorimo o stotinah milijonih svetlobnih let. V manjšem obsegu je možna nehomogenost kot posledica kvantnih nihanj, ki jih povzroča Veliki pok.
Mageiju, ki je opazoval "toplo" (oranžno) in "hladno" (modro) področje nihanj mikrovalovnega sevanja v ozadju, je odkril zanimivo odkritje. Ugotovil je, da tudi na največjih lestvicah nihanja reliktnega sevanja (temperaturna nihanja) niso naključno locirana, temveč razmeroma urejena.
Ločen primer takšne manifestacije anizotropije je relikvijsko mrzlo mesto v ozvezdju Eridan. Tu je mikrovalovno sevanje bistveno nižje kot v okoliških območjih. V širini skoraj milijarde svetlobnih let ima Eridani Supervoid veliko manj zvezd, plinov in galaksij kot običajno.
Ni natančnega razumevanja, kaj bi lahko povzročilo tako zevajočo luknjo. Profesorica Laura Mersini-Houghton z Univerze v Severni Karolini daje to fascinantno razlago: "To je vsekakor odtis drugega vesolja, ki presega naše."
Videti?
Leta 2009 je ESA v orbito izstrelila naprednejši teleskop Planck. Vesoljsko plovilo je imelo na krovu dva instrumenta za preučevanje neba: nizkofrekvenčni sprejemnik, ki pokriva frekvenčno območje od 30 do 70 GHz, kar ustreza valovnim dolžinam od približno 4 do 10 mm, in visokofrekvenčni sprejemnik s frekvenco od 100 do 857 GHz in valovne dolžine od 0, 35 do 1 mm. Zbrano sevanje je na instrumente usmerjeno s sistemom dveh ogledal - glavnega, ki meri 1,9 x 1,5 m, in sekundarnega, katerega velikost je 1,1 x 1,0 m. Sprejemniki teleskopa so bili ohlajeni na skoraj absolutno ničlo in so delovali pri temperaturi –273, 05 ° C, to je 0,1 ° C nad absolutno ničlo. Opazovanje neba "Planck" se je nadaljevalo do izčrpavanja tekočega helija januarja 2012, kar je hladilo sprejemnike.
Teleskop "Planck" na Lagrangeovi točki L2 sistema Sonce - Zemlja
popsci.com
Rezultate, ki jih je dosegel WMAP, je moral ovreči ali, nasprotno, potrditi. In prva analiza pridobljenih podatkov, izvedena leta 2013, je pokazala, da "Os zla" v Vesolju resnično obstaja. Toda takrat vsi podatki, ki jih je prejelo vesoljsko plovilo, še niso bili objavljeni.
Šele lani je skupina raziskovalcev na University College London (UCL) in Imperial College London na podlagi rezultatov analize celotnega nabora podatkov s teleskopa ugotovila, da ni prave "osi". Podatki, pridobljeni s teleskopom med leti 2009 in 2013, so bili analizirani z uporabo superračunalnika. Rezultati analize so pokazali: Vesolje je izotropno. Študija britanskih astronomov je bila maja 2016 objavljena pri založbi Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, raziskovalna kozmologinja z oddelka za fiziko in astronomijo na University College London, ki je sodelovala v študiji, ne skriva veselja: "Lahko rečemo, da smo kozmologijo rešili pred popolno revizijo."
V obrazložitvi ugotovitev študije, objavljene na spletnem mestu fakultete, Daniela pojasnjuje: »Rezultati študije so najboljši dokaz, da je vesolje enako v vseh smereh. Naše trenutno razumevanje zgradbe vesolja temelji na predpostavki, da nima raje ene smeri kot druge. Toda razumeti morate, da Einsteinova teorija relativnosti načeloma ne zanika možnosti obstoja neuravnoteženega prostora. Vesolja, ki se vrtijo ali raztezajo, lahko obstajajo, zato je zelo pomembno, da v našem primeru ni tako. Čeprav tega seveda ne moremo popolnoma izključiti, a naši izračuni kažejo, da je verjetnost tega le ena od 121.000."
Skeniranje nebesne krogle s teleskopom Planck
esa.int
Sergey Sobol