Məkan işıqdan daha sürətli genişlənəndə
Rəssamın vasitəsi ilə kosmik inflyasiyascienceblogs.com
Plank peyki, Yerdən 930.000 mil (1.5 milyon km) yuxarıdakı orbitindən, dörd ildən çoxdur ki, kosmosun mikrodalğalı fonunu - Göyün hər tərəfini dolduran və kainatın necə göründüyünü göstərən Böyük Patlamanın fosilini aşkar etdi. körpəlikdə. Plankın bu relikt radiasiyasına dair müşahidələri kainatın təkamülündən qaranlıq maddənin təbiətinə qədər hər şeyi işıqlandırır. 2015 -ci ilin fevral ayının əvvəlində Planck, kosmik mikrodalğalı fonu dəstəkləyən yeni xəritələr buraxdıkosmik inflyasiya nəzəriyyəsi, Böyük Partlayışdan sonrakı anlarda kosmosun işığın sürətindən daha sürətli genişləndiyi, bir protondan daha kiçikdən anlayışa mane olan bir böyüklüyə qədər böyüdüyü fikri. Kavli Vəqfindən Kelen Tuttle, bu yaxınlarda Kembric Universitetinin Kavli Kosmologiya İnstitutunun direktoru və Planck missiyasının liderlərindən olan Dr George Efstathiou ilə danışaraq, Planckın son nəticələrini və inflyasiya nəzəriyyəsinə təsirlərini başa düşdü. Müsahibənin redaktə edilmiş transkriptini aşağıda tapa bilərsiniz.
Bundan əlavə, Kavli bir təklif edəcək18 fevral 2015 -ci ildə canlı yayımEfstathiou və digər iki görkəmli alimlə birlikdə kosmik inflyasiya mövzusunda. Kosmologiyanı sevirsən? İnfo@kavlifoundation.org ünvanından və ya Twitter -dən hashtag istifadə edərək gələcək web yayımı üçün bir sual göndərin#KavliLive.
George Efstathiou
KAVLI VAKFI:2013 -cü ildə və bu il Planck, kainatın ilk anda ağlasığmaz dərəcədə genişləndiyini gördüyü nəzəriyyəsini dəstəkləyən çox güclü təcrübi sübutlar təqdim etdi. Ən son tapıntıları və bunun nə üçün vacib olduğunu izah edə bilərsinizmi?
GEORGE EFSTATHIOU:İnflyasiya - erkən kainatın ilk anlarında inanılmaz sürətlə genişləndiyi nəzəriyyəsi bir sıra ümumi proqnozlar verir. Məsələn, kainatın həndəsəsi düzə çox yaxın olmalıdır və bu, kosmik mikrodalğalı fon işığında gördüyümüz dalğalanmalarda əks olunmalıdır. 2013 -cü ildə yayımladığımız ilk Planck məlumatları ilə, səmadakı kosmik mikrodalğalı fonun istiliyinə baxaraq bu modelin bəzi cəhətlərini olduqca yüksək dəqiqliklə yoxladıq. 2015 -ci il buraxılışı ilə bu temperatur ölçmələrinin dəqiqliyini artırdıq və qütbləşmə adlanan kosmik mikrodalğalı fonda bükülmə modelinin dəqiq ölçülərini də əlavə etdik. Bu qütbləşmə ölçüləri, kosmosun ilk kainatda necə olduğunu bizə izah etmək üçün həqiqətən vacibdir.
Görürsən, bir neçə variant var. Məsələn, simli nəzəriyyə kimi daha yüksək ölçülü nəzəriyyələrdən irəli gələn bəzi modellərdə, 'kainat telləri' kainatın erkən dövrlərində istehsal oluna bilər və bunlar fərqli bir dalğalanma nümunəsi yaradır. Kosmik tellərə və ya digər kosmik qüsurlara dair heç bir dəlil görmürük. Tapdığımız şey, hər şeyin çox yüksək dəqiqliklə - sadə inflyasiya modelləri ilə uyğun olmasıdır. Beləliklə, məsələn, indi deyə bilərik ki, kainat məkan baxımından təxminən yarım faiz dəqiqliklə düzdür. Bu, Plankdan əvvəl bildiklərimiz üzərində əhəmiyyətli bir inkişafdır.
ForVM -dən zövq alırsınız? Bu gün pulsuz gündəlik bülletenimizə üzv olun!
Avropa Kosmik Agentliyinin Planck kosmik teleskopu 2009-cu ildə istifadəyə verildi. Dörd illik missiyası müddətində bütün səmada kosmik mikrodalğalı fonda dəyişikliklər müşahidə etdi. İlk səma xəritəsi 2013-cü ilin martında, ikincisi isə daha ətraflı olaraq 2015-ci ilin fevral ayında yayımlandı. Missiyanın uğurları kainatın düşündüyündən bir qədər yaşlı olduğunu təyin etməkdir; nəticədə bu gün gördüyümüz quruluşa səbəb olan erkən kainatın temperatur və qütbləşmədəki incə dalğalanmalarının xəritələndirilməsi; və kainatın 26 faizinin qaranlıq maddədən ibarət olduğunu təsdiqləyir. ESA vasitəsilə görüntü
TKF:Kosmik inflyasiya nəzəriyyəsini bir nəzəriyyənin cizgi filmi adlandırdınız. Bununla nə demək istədin?
EFSTATHIOU:İnflyasiyaya səbəb olan əsas fizikanı hələ başa düşmürük və bunun necə işlədiyini də başa düşmürük. İnflyasiyanın ən sadə modeli, erkən kainatın skalyar bir sahə olduğunu ehtiva etməsini tələb edir. Bu sahə bütün məkana nüfuz edir və kosmosun işıq sürətindən daha sürətli genişlənməsinə səbəb olur. Və bütün kvant sahələrində olduğu kimi, kvant dalğalanmalarını da ehtiva edir. Kiçik kvant dalğalanmaları, inflyasiya zamanı ölçüləri uzandıqdan sonra, bu gün kainatda gördüyümüz quruluşu - bütün qalaktikaları, ulduzları və planetləri meydana gətirdi. Bu sadə inflyasiya modelidir.
İndi o sahə tam olaraq nədir? Bilmirik. Orada bir çox nəzəriyyə var, amma əslində hamısı yalnız təxminlərdir. Buna görə də bunu bir nəzəriyyənin cizgi filmi adlandırdım - çünki inflyasiyanın heç bir fundamental mənada necə işlədiyini anlamırıq. Ehtiyac duyduğumuz şey, erkən kainatın necə göründüyünü izah edən daha yaxşı təcrübi məlumatlardır və inşallah bu bizi əsas inflyasiya nəzəriyyəsinə yönəldəcəkdir.
TKF:Növbəti addımların nəzəri ilə müqayisədə eksperimental olması deməkdirmi?
EFSTATHIOU:Bu çox maraqlı sualdır. Fikrimcə, real irəliləyiş təcrübə tələb edəcək, çünki ilk kainat, Yerdəki laboratoriya təcrübələrində sınaya bildiyimizdən daha yüksək olan enerji tərəzilərini əhatə edir. Çox böyük bir sıçrayış edəndə, həqiqətən nəyin necə göründüyünü bilmirsən. Bu, çox şey və çoxlu imkanlar açır. Məsələn, simli nəzəriyyənin proqnozlaşdırdığı əlavə ölçülər bizdən gizlidir - buna görə də onları yaşamırıq. Çox kiçik və bir şəkildə 'yığcam' olmalıdırlar - amma necə olduğunu bilmirik. Beləliklə, nəzəriyyə baxımından hazırda çox çox variant var. Həm də kosmologiyada çox dinamik vəziyyətlərdən bəhs edirik. Hər şey çox sürətlə dəyişir və nəzəri cəhətdən təhlil etmək də çətindir. Nəhəng yeni nəzəri anlayışların seçimləri daraltması ehtimalı həmişə var.
Ancaq düşünürəm ki, təcrübələr aparmalıyıq - bacarsaq - bu variantları eksperimental olaraq daraldır. Məkan-zaman əyriliyində dalğalar olan qravitasiya dalğalarını aşkar etsək, bu ölçü variantları çox daraldar. İnflyasiyanın enerji miqyasını bizə izah edərdi. Üstəlik, hər hansı bir cazibə dalğası səviyyəsi, kvant cazibə qüvvəsi ilə empirik bir əlaqə quracaqdır. Cazibə qüvvəsini kvant mexanikasının prinsipləri ilə uyğunlaşdıran kvant cazibə qüvvəsi, yüksək dəqiqlikli təcrübələrlə əldə edilə bilən çox əhəmiyyətli bir təcrübi hədəfdir. Düşünürəm ki, bu, kainatın erkən dövrlərində çox yüksək enerji miqyasında fizika ilə təmas qura biləcək ən çox ehtimal olunan təcrübi inkişaf olardı.
ESA -nın Planck kosmik teleskopu ilə çəkilən bu xəritə Süd Yolu qalaktikasını ortaya qoyur. Qaz sarı, radiasiya mavi və yaşıl rəngdə görünür və bir neçə növ toz qırmızı rəngdə göstərilir. ESA/NASA/JPL-Caltech vasitəsilə görüntü
TKF:Planck -in ən çox yayılmış yeni kəşflərindən biri, kainatın ilk ulduzlarının Böyük Partlamadan təxminən 550 milyon il sonra parlamağa başladığının sübutudur. Bunu necə bu qədər səhv başa düşə bilərdik?
EFSTATHIOU:Bilirsiniz, mən bunu Plank tərəfindən böyük bir elmi nailiyyət kimi iddia etməkdə o qədər də maraqlı deyiləm - amma maraqlıdır. Səbəbini izah etmək üçün sizə bir az məlumat verməliyəm. İnflyasiyanın sonunda kainatın çox, çox istiləşdiyini bilirik. O vaxtdan bəri kainat genişləndikcə soyudu. Kainat 400.000 yaşında ikən, temperatur elektron və protonların birləşərək neytral hidrogen yaratmaq üçün kifayət qədər aşağı idi. O zaman kainat neytral və olduqca vahid idi.
Kvarsların - uzaq qalaktikaların mərkəzlərindəki çox parlaq kompakt bölgələrin - kainatın təxminən 840 milyon yaşı olanda mövcud olduğunu görə bilərik. Bu günün 13.8 milyard ilinə nisbətən həqiqətən çox gəncdir. O vaxtlar, əgər kainat neytral hidrogenlə dolu olsaydı, bu hidrogen kvazar işığını qısa dalğa uzunluğunda udar və bu günki ölçülərimizdə görə bilməyəcəkdik. Bu işığı bu kvazarlardan görə bildiyimiz üçün bilirik ki, kainat 840 milyon yaşında ikən artıq neytral deyildi. Kainatın 400.000 yaşı ilə 840 milyon yaşı arasında, bunu dəyişdirmək üçün qaza enerji vurulmalıdır. O zaman sual yaranır ki, bu enerji haradan gəldi?
Yəqin ki, ulduzlar meydana gəlib enerjini buraxmağa başladılar. İndi Hubble Kosmik Teleskopundan ən dərin görüntülərə baxanda, bu erkən ulduzlardan bəzilərini görə bilərik. Ancaq gördüyümüz ulduzlardan, kainatın 420 milyon yaşı olanda, Wilkinson Mikrodalğalı Anizotrofiya Probu ilə edilən kosmik mikrodalğalı fonun əvvəlki ölçülərinin təklif etdiyi kimi, hidrogeni ionlaşdırmaq üçün kifayət qədər enerji ayırmaq mümkün olmazdı. - və ya WMAP - peyk. İndi, Plank ölçmələri ilə, bunun bir qədər sonra, 560 milyon ildə baş verdiyini söyləyirik. Təxminən 140 milyon illik fərq çox səslənməsə də, indi bütün müşahidələrimizi uyğunlaşdırır.
Bu etmək çox çətin bir ölçüdür - bu, öz Süd Yolu ilə əlaqəli bir çox çirklənmənin arxasında gizlənmiş çox kiçik bir siqnaldır. Bütün bu səs -küyün əsl siqnalını çıxarmalısan. Planck ilə bu ölçməni ilk dəfə olaraq Planck məlumatlarını iki fərqli şəkildə edə bildik. Niyə Plankdan əsl məqam olaraq o qədər də maraqlanmıram ki, əvvəlki ölçmələrdə heç bir pislik yoxdur. WMAP müşahidələri çox yaxşıdır, amma xəritələrini götürsəniz və Süd Yolu ilə çirklənməni düzəltsəniz, Plank nəticələri ilə eyni cavabları alırsınız. Beləliklə, hər şey sonda uyğun gəlir.
Burada ön planda göstərilən Kozmik Ekstraqalaktik Qütbləşmə 2 (BİCEP2) Arxa Plan Görüntüsü, soyuq, quru havanın səmanı aydın müşahidə etməsinə imkan verən Cənub Qütbündən gələn kosmik mikrodalğalı fonunu öyrənir. 2014 -cü ilin mart ayında BİCEP2 qrupu, 'siqaret çəkən silah' kimi görünən inflyasiyanın sübutunu təqdim edərək, qravitasiya dalğalarının sübutlarını gördüklərini açıqladı. Planck-BICEP2 birgə təhlili o vaxtdan bəri Samanyolu tozunun cazibə dalğalarından gözlənilən siqnalı təqlid etdiyini göstərsə də, gələcək təcrübələr hələ də uzun müddət axtarılan dalğaları kəşf edə bilər. Layihə, W. M. Keck Vəqfinin, habelə Milli Elm Vəqfi, Gordon və Betty Moore Vəqfi, James və Nelly Kilroy Vəqfi və Barzan Vəqfinin maliyyələşdirilməsi ilə 2.3 milyon dollar tərəfindən maliyyələşdirildi.
Şəkil Steffen Richter, Harvard Universiteti
TKF:Planck nəticələri, kainatın 20 faizini təşkil edən, hələ də yaxşı başa düşülməmiş qaranlıq maddəni anlamamıza kömək edir. Qaranlıq maddə haqqında Plankdan tam olaraq nə öyrəndik?
EFSTATHIOU:Nə bilirik? Əslində, qaranlıq maddəni başa düşməkdən hələ çox uzaqdayıq. Aparıcı namizəd, proqnozlaşdırılan bir hissəcik növüdürsupersimetriya. Bu nəzəriyyə, bildiyimiz hər bir hissəcik üçün ortaq bir hissəcik proqnozlaşdırır. Ancaq bu nəzəriyyə doğrudursa, Böyük Hadron Çarpıncısında toqquşmalarda supersimetrik hissəciklər görünməlidir. İndiyə qədər etməyiblər. Beləliklə, qaranlıq maddə hələ də bilinmir.
Planck qaranlıq maddənin heç bir siqnalını aşkar etməyib. Supersimmetriya, qaranlıq maddə hissəciklərinin zaman zaman digər qaranlıq maddə hissəcikləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olması və bir enerji flaşı meydana gətirməsi lazım olduğunu proqnozlaşdırır. Amma biz bunu görmürük. Bu, həqiqətən də təəccüblü deyil. Gizlətmək asandır. Beləliklə, gələcək kosmik mikrodalğalı fon təcrübələrinin görə biləcəyi bir şeydir. Ancaq Plankdan qaranlıq maddənin yox olmasına dair heç bir əlamət görmədik.
Neytrinoları da çox diqqətlə araşdırdıq - üç növdə olduğunu bildiyimiz kiçik, hər yerdə olan hissəciklər. Anladığım qədər, qaranlıq maddənin bir hissəsini izah etməyə kömək edə biləcək başqa bir növ neytrino yoxdur. İnsanlar hələ də bu üç neytrino kütləsini təyin etməyə çalışırlar. Digər təcrübələrdən bu üç hissəciyin ola biləcəyi ən az kütləni bilirik. Planck indi ola biləcək ən çox kütləyə bir məhdudiyyət qoydu. Seçimləri daraldırıq və ümid edirik ki, tezliklə onların tam kütləsini öyrənəcəyik. Neytrinolar kainatın ən sirli hissəciklərindən biridir, buna görə də onları başa düşmək üçün vacib bir addım olardı.
Bəzi nəzəriyyəçilər qaranlıq maddənin və qaranlıq enerjinin bir şəkildə qarşılıqlı təsir göstərə biləcəyini də irəli sürmüşlər. Bildiyimiz qədər qaranlıq enerji tamamilə sabitdir - buna görə də qaranlıq maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olduğuna dair heç bir dəlil yoxdur.
TKF:Qravitasiya dalğaları haqqında bir az danışmasaydıq, peşman olardıq. Keçən ilin mart ayında BICEP2 adlı başqa bir təcrübə qrupu, ən erkən kainatı müşahidələrində cazibə dalğalarının sübutlarını gördüklərini açıqladı. Daha sonra, yalnız bir neçə həftə əvvəl, həm Planck, həm də BİCEP2 üzvləri tərəfindən aparılan bu məlumatların birgə təhlili, naməlum qaz və tozun bu məlumatları çirkləndirdiyini və cazibə dalğalarının kəşf edilmədiyini ortaya qoydu. Gələcəkdə cazibə dalğalarını kəşf etmək ümidləri üçün bu nə deməkdir?
EFSTATHIOU:BİCEP2 komandası nəticələrini açıqlayanda həqiqətən şoka düşdüm. Tapdıqları siqnal həqiqətən böyük idi. Planck 2013 məlumatlarına əsaslanaraq artıq bir analiz etmişdik və siqnalın nə qədər böyük olacağına bir məhdudiyyət qoymuşduq. Və BICEP2 -nin ölçüləri bundan təxminən iki dəfə böyük idi. BİCEP2 həqiqətən cazibə dalğalarını aşkar etsəydi, bu qədər fərqli nəticələr əldə etməyimiz üçün həqiqətən də qəribə və gözlənilməz bir fizikaya ehtiyac olardı.
BICEP2 qrupu nə etdiyini bilir - bu uşaqlar dünyanın hər hansı bir qrupu qədər yaxşıdır. Və 7 və ya 8 ildir ki, bu təcrübənin müxtəlif versiyaları üzərində işləyirlər. Təcrübə baxımından məlumatlar gözəldir. Açıqca bir şey aşkar etdilər.
Bir şey cazibə dalğaları ola bilərdi, ya da məlumatlarını qarışdıran tozun arasına girə bilərdi. BICEP2 təcrübəsi çox kiçik bir baxış sahəsinə baxır və Plankın səs siqnalı o qədər də böyük deyil. Beləliklə, əməkdaşlıq etməyi qərara aldıq. Əslində, xəritələrimizi bizimlə müqayisə edərək toz üzərində səs-küy siqnalını yaxşılaşdırdıq. Bu göstərdi ki, indiyə qədər cazibə dalğalarının statistik cəhətdən əhəmiyyətli bir sübutumuz yoxdur. Plankın orijinal nəticələri ilə münaqişəni həll edir. Və böyük şəkildə, bu yaxşı bir şeydir. İki təcrübəni uzlaşdırmaq üçün əslində qəribə bir fizikaya ehtiyac yoxdur.
Beləliklə, indi bir cazibə dalğası siqnalının ölçüsündə bir məhdudiyyətə sahib olduğumuz bir vəziyyətdəyik və bu rəqəm Plank nəticələrinə uyğundur. Qravitasiya dalğalarını heç bir şəkildə istisna etmir. Birgə təhlilə baxsanız, BICEP2 və Planck məlumatlarını birləşdirərək qoyduğumuz səviyyənin altında qravitasiya dalğalarının gizlənməsinə çox yer olduğunu görürsünüz. Bu doğrudursa, onu çıxarmaq çox uzun çəkməməlidir. Beləliklə, çox önəmli bir inkişaf ola bilər.