Atrodytų, kad šiuolaikinis visatos struktūros supratimas jau yra nusistovėjęs ir visuotinai priimtas. Tačiau laikas nuo laiko tenka gintis nuo vadinamųjų anomalijų, nepaaiškinamų nukrypimų nuo normos, dėl kurių kyla abejonių dėl standartinio modelio. Pakalbėkime šiandien apie tai, kaip keistas kosmologinis reiškinys savo prigimtimi ir tam tikru aplinkybių sutapimu, vadinamas „Blogio ašimi“, beveik sulaužė šiuolaikinę kosmologiją.
Didžiojo sprogimo aidas
Žemė žiūri į dangų tūkstančiais teleskopinių akių. Dar kelios dešimtys orbitos. Pirmieji teleskopai buvo optiniai ir buvo skirti stebėti lengvąją elektromagnetinės spinduliuotės spektro dalį, kuri yra prieinama žmogaus akiai. Šiuolaikiniai žvelgia į dugninę kosminę erdvę ir stebi jos objektus visame elektromagnetinės spinduliuotės spektre. Paimkime, pavyzdžiui, „Swift“kosminę observatoriją. Jis skirtas registruoti ir stebėti kosminius gama spindulių pliūpsnius - gigantiškus energijos pliūpsnius, pastebimus tolimose galaktikose. Padėkite trumpųjų bangų gama spinduliuotę pačioje elektromagnetinio spektro pradžioje. Rusijos orbitoje esanti observatorija „Radioastron“tiria juodąsias skyles ir neutronų žvaigždes radijo diapazone, arčiau kito spektro galo.
Kai kurios orbitoje esančios observatorijos yra geriau žinomos, kitos mažiau. Populiarumo reitingą viršija Hablo kosminis teleskopas, kuris orbitoje buvo jau 27 metus. Jis tiria erdvę matomaisiais, ultravioletiniais ir infraraudonaisiais spinduliais. Taip pat plačiai žinomas Kepleris, turintis superjautrų fotometrą, veikiantį 430–890 nm diapazone (matomas ir infraraudonųjų spindulių diapazonas) ir galintis vienu metu stebėti 145 000 žvaigždžių ryškumo svyravimus.
Tačiau tarp jų yra orbitinės observatorijos, kurių pagrindinis tikslas yra ne atskiros žvaigždės, planetos ar galaktikos, o pati Visata. Jų radimo orbitoje tikslas yra padėti astronomams suprasti mūsų Visatos struktūrą, pabandyti suprasti jos istoriją. Ir galbūt, ir pamatysite neįtikėtinų atstumų ir kitų visatų sieną.
NASA 2001 m. Birželio mėn. Įsteigta WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) observatorija buvo viena iš tų. Prietaisas buvo skirtas ištirti foninę relikvinę spinduliuotę, kuri susidarė dėl Didžiojo sprogimo. Iki 2010 m. Spalio orbita netoli Žemės ir saulės sistemos Lagrange taško L2 buvo 1,5 mln. Km atstumu nuo Žemės. Laikotarpiu nuo 2001 iki 2009 metų jis nuskenavo dangaus sferą ir stebėjimų rezultatus perdavė Žemei. Remiantis teleskopu gautais duomenimis, buvo sudarytas išsamus dangaus radijo žemėlapis keliais elektromagnetinių bangų ilgiais: nuo 1,4 cm iki 3 mm, o tai atitinka mikrobangų diapazoną.
Relikvinė spinduliuotė tolygiai užpildo Visatą. Ši foninė mikrobangų spinduliuotė, atsiradusi pirminės vandenilio rekombinacijos eroje, yra tam tikras Didžiojo sprogimo „aidas“. Jis pasižymi dideliu izotropijos laipsniu, tai yra vienodumu visomis kryptimis. Jo spinduliuotės spektras atitinka absoliučiai juodo kūno, kurio temperatūra yra 2,72548 ± 0,00057 K., radiacijos spektrą. Didžiausia spinduliuotė patenka į 1,9 mm ilgio ir 160,4 GHz dažnio elektromagnetines bangas (mikrobangų spinduliuotė). Nesigilinant į detales, elektromagnetinės spinduliuotės skalėje jis yra tarp šiluminės infraraudonosios spinduliuotės ir korinio ryšio, radijo ir televizijos transliacijų dažnių. Mikrobangų foninė spinduliuotė yra izotropinė, tikslumas 0,01%. Būtent tai rodo „šiltų“oranžinių ir „šaltų“mėlynų sričių kaita erdvėlaivių radijo žemėlapiuose. Tai turi tam tikrą nedidelio masto anizotropiją.
Reklaminis vaizdo įrašas:
2010 m. Observatorija baigė savo misiją. Kaip WMAP kartą pakeitė „Cosmic Background Explorer“(COBE) observatoriją, dar vadinamą „Explorer 66“, ir ją pakeitė jautresnė ir modernesnė Europos Plancko observatorija, esanti tame pačiame taške L2 … „Planck“turi didesnį jautrumą ir platesnį dažnių diapazoną.
COBE, WMAP ir Planck rezultatų palyginimas. Iliustracija, kaip skiriasi jų matavimo priemonių jautrumas
wikipedia.org
Perverta ašimi
Pagrindinė šiuolaikinės kosmologijos nuostata, kuria remiasi moderniausi Visatos struktūros modeliai, yra vadinamasis kosmologinis principas. Anot jo, tą patį laiko momentą kiekvienas stebėtojas, kad ir kur jis bebūtų ir kuria kryptimi žiūrėtų, Visatoje vidutiniškai ras tą patį vaizdą.
Ši nepriklausomybė nuo stebėjimo vietos, visų erdvės taškų lygybė vadinama homogeniškumu. Ir nepriklausomybė nuo stebėjimo krypties, pageidaujamos krypties kosmose nebuvimas, tai yra, tai, kad Visata nenori vienos krypties kitai, yra izotropija. O jo nebuvimas yra anizotropija.
Viskas būtų gerai, tačiau tik apdorojant WMAP zondo gautus duomenis, buvo padarytos išvados apie būtent tokią Visatos anizotropiją. Duomenų analizės rezultatai parodė, kad kosmose yra tam tikras išplėstas regionas, aplink kurį vyksta visos Visatos struktūros orientacija. Tai yra, kosmose vis dar yra kryptis, kuria galaktikos ir dideli kosminiai objektai yra išrikiuoti. Šis reiškinys, galintis sugriauti šiuolaikinį Visatos supratimą, buvo vadinamas „Blogio ašimi“. Patį terminą sugalvojo JK dirbantis portugalų fizikas ir kosmologas João Magueijo.
Mėlynos zonos yra šalčiausios, oranžinės - „šilčiausios“. Baltoji linija - „Blogio ašis“. Apibūdintas ovalu - Eridanio supervoidas
wikipedia.org
Manoma, kad šis vardas siejamas ne tiek su reiškinio „geometrija“, kiek su įtaka, kurią šis reiškinys gali turėti dabartinėms vyraujančioms Visatos idėjoms. Be kita ko, keleriais metais anksčiau JAV prezidentas George'as Bushas įvardijo tą patį terminą kalbant apie šalis, kurios, pasak JAV, remia tarptautinį terorizmą ir kelia grėsmę taikai ir stabilumui planetoje.
Reikėtų pažymėti, kad mūsų Visata turi tam tikrą nehomogeniškumą ir anizotropiją. Priešingu atveju nebūtų nei galaktikų, nei žvaigždžių, nei planetų. Galų gale ir jūs, ir aš. Tai visi nukrypimai nuo visatos homogeniškumo. Kosmologinis principas galioja labai didelėms skalėms, gerokai viršijančioms galaktikos sankaupos dydį. Mes kalbame apie šimtus milijonų šviesos metų. Mažesniu mastu nehomogeniškumas galimas dėl Didžiojo sprogimo sukeltų kvantinių svyravimų.
Mageiju, stebėdamas mikrobangų foninės spinduliuotės svyravimų „šiltą“(oranžinę) ir „šaltą“(mėlyną) sritis, padarė įdomų atradimą. Jis nustatė, kad net ir didžiausiose skalėse reliktinės spinduliuotės svyravimai (temperatūros svyravimai) nėra atsitiktinai nustatyti, o santykinai išdėstyti.
Atskiras tokios anizotropijos pasireiškimo pavyzdys yra relikvinė šalta vieta Eridano žvaigždyne. Čia mikrobangų spinduliuotė yra žymiai mažesnė nei aplinkinėse vietovėse. Beveik milijardo šviesmečių atstumu esantis „Eridani Supervoid“turi daug mažiau žvaigždžių, dujų ir galaktikų nei įprastai.
Nėra tikslaus supratimo, kas galėjo sukelti tokią spragą. Profesorė Laura Mersini-Houghton iš Šiaurės Karolinos universiteto pateikia šį įspūdingą paaiškinimą: „Tai neabejotinai yra kitos visatos, anapus mūsų, atspaudas“.
Atrodė?
2009 m. ESA į orbitą išleido pažangesnį „Planck“teleskopą. Erdvėlaivyje buvo du instrumentai dangui tirti: žemo dažnio imtuvas, apimantis 30–70 GHz dažnių diapazoną, kuris atitinka maždaug 4–10 mm bangas, ir aukšto dažnio imtuvas, kurio dažnis yra 100–857 GHz ir bangos ilgis 0, Nuo 35 iki 1 mm. Surinkta spinduliuotė nukreipta į prietaisus dviejų veidrodžių sistema: pagrindinio, kurio matmenys yra 1,9 x 1,5 m, ir antrinio, kurio dydis yra 1,1 x 1,0 m. Teleskopo imtuvai buvo atvėsinti iki beveik absoliutaus nulio, veikiantys –273, 05 ° C, tai yra 0,1 ° C virš absoliutaus nulio. Dangaus stebėjimas „Planck“tęsėsi iki skysčio helio išeikvojimo 2012 m. Sausio mėn., Atvėsinusio imtuvus.
Teleskopas "Planck" Saulės - Žemės sistemos Lagranžo taške L2
popsci.com
Jis turėjo paneigti WMAP gautus rezultatus arba, priešingai, juos patvirtinti. Pirmoji gautų duomenų analizė, atlikta 2013 m., Parodė, kad „Blogio ašis“Visatoje tikrai egzistuoja. Bet tuo metu visi erdvėlaivio gauti duomenys dar nebuvo paskelbti.
Tik praėjusiais metais Londono universiteto koledžo (UCL) ir Londono imperatoriškojo koledžo tyrėjų komanda, remdamasi viso teleskopo duomenų rinkinio analizės rezultatais, nustatė, kad nėra tikros „ašies“. 2009–2013 m. Teleskopo duomenys buvo analizuojami naudojant superkompiuterį. Analizės rezultatai parodė: Visata yra izotropinė. Britų astronomų tyrimą 2016 m. Gegužės mėn. Paskelbė leidinys „Physical Review Letters“.
Tyrime dalyvavusi Londono universiteto koledžo Fizikos ir astronomijos katedros mokslinė kosmologė Daniela Saadeh neslepia džiaugsmo: „Galime sakyti, kad kosmologiją išgelbėjome nuo visiškos peržiūros“.
Paaiškindama tyrimo išvadas, paskelbtas kolegijos interneto svetainėje, Daniela paaiškina: „Tyrimo rezultatai yra geriausias įrodymas, kad visata yra vienoda visomis kryptimis. Dabartinis mūsų supratimas apie visatos struktūrą remiasi prielaida, kad ji nenori teikti vienos krypties kitai. Bet jūs turite suprasti, kad Einšteino reliatyvumo teorija iš esmės neneigia nesubalansuotos erdvės egzistavimo galimybės. Gali egzistuoti besisukančios ar besitęsiančios visatos, todėl labai svarbu, kad mūsų atveju taip nėra. Nors mes, žinoma, negalime to visiškai atmesti, tačiau mūsų skaičiavimai rodo, kad to tikimybė yra tik viena iš 121 000 “.
Dangaus sferos skenavimas Plancko teleskopu
esa.int
Sergejus Sobolis