Güney Kutbu Teleskobu’ndan elde edilen son bulgular standart kozmolojik modeli destekliyor

Büyük Patlama’dan yaklaşık 400.000 yıl sonra evren, fotonların ilkel kozmolojik çorbadan kaçmasına izin verecek kadar soğudu. Sonraki 14 milyar yıl boyunca, evrenin ilk ışığı olan bu antik fotonlar seyahat etmeye devam etti. Bu kalıntı ışık, Kozmik Mikrodalga Arka Planı olarak bilinir.

Yeni bir çalışmada bilim insanları, Ulusal Bilim Vakfı’nın Antarktika’daki Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonunda bulunan Güney Kutbu Teleskobu’ndan toplanan bu ilk ışığın gözlemsel verilerini kullanarak, evrenin tarihini tanımlayan standart kozmolojik modelin teorik temellerini araştırdı. Evrenin son 14 milyar yılı.

Çalışma, Chicago Üniversitesi liderliğindeki Güney Kutbu Teleskobu işbirliğindeki UC Davis araştırmacıları ve meslektaşları tarafından yürütüldü ve dergiye sunuldu. Fiziksel İnceleme D. Şu anda mevcut üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

Kozmik mikrodalga arka planının ve onun polarize ışığının yüksek hassasiyetli ölçümlerine dayanan çalışma, standart kozmolojik modelin doğruluğuna daha fazla destek sağlıyor. Aynı zamanda yeni bir yöntemle Hubble sabiti (evrenin ne kadar hızlı genişlediği) hesaplanıyor ve “Hubble gerilimi” olarak bilinen devam eden bilimsel bilmeceye yeni bir bakış açısı sunuluyor.

UC Davis’te Michael ve Ester Vaida Kozmoloji ve Astrofizik Kürsüsü ve çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Lloyd Knox, “Bu 14 milyar yıllık evrimi açıklayan büyük ölçüde tutarlı, ayrıntılı ve başarılı bir modele sahibiz” dedi. “Fakat tam homojenlikten başlangıçtaki sapmalara neyin sebep olduğunu ve sonunda biz de dahil olmak üzere evrendeki tüm yapılara yol açan şeyin aslında ne olduğunu bilmiyoruz.”

Çalışmanın ortak yazarı ve University of University, “Bu sonuç özellikle heyecan verici, çünkü yalnızca CMB’nin kutuplaşmasını kullanan kozmoloji üzerindeki ilk rekabetçi kısıtlamaları temsil ediyor, bu da onu çoğunlukla toplam yoğunluğa dayanan önceki sonuçlardan neredeyse %100 bağımsız kılıyor” dedi. Chicago araştırma profesörü Tom Crawford.

Evrende kutuplaştırıcı ve dolambaçlı bir yolculuk

Araştırmada araştırmacılar, Güney Kutbu Teleskobu tarafından 2019 ve 2020 yıllarında toplanan iki yıllık polarize ışık verilerini analiz etti. Çalışmanın gözlemleri 1.500 kare derecelik gökyüzünü kapsıyor ve toplanan veriler, araştırmacıların kütlenin büyük ölçekli bir haritasını oluşturmasını sağladı. evrende.

Doğal ışığın çoğu polarize değildir ve her biri tercih edilen bir yön olmaksızın salınan (yukarı ve aşağı dalgalanan) rastgele ışık dalgaları koleksiyonundan oluşur. Ancak ışık yansıtıldığında polarize olabilir; bu, ışığın tercih edilen bir yönde salındığı anlamına gelir.

Bu, güneş ışığı sudan veya yerden yansıdığında meydana gelir ve polarize güneş gözlüklerinin parlamayı azaltmada bu kadar yararlı olabilmesinin nedeni budur. Aynı olay, kozmik mikrodalga arka plan fotonlarının, 14 milyar yıl önce yok olmaya başlayan ilkel plazmadaki son saçılma olaylarını yaşarken de meydana geldi.

Knox, “Kozmik mikrodalga arka planından gelen ışık kısmen polarize oldu” dedi. “Gökyüzü haritamızın her noktasında kutuplaşma derecesini ve kutuplaşmanın yönünü ölçüyoruz.”

Bu son saçılmanın ardından hafif polarize ışık açık alan boyunca akmaya başladı. Yerçekimi kuvvetleri bu ışık ışınlarının yollarını bozar. Farklı bölgelerden gelen ışık da farklı şekilde bozulur, bu da çarpık bir görüntüye neden olur; bu etkiye yerçekimsel merceklenme adı verilir.

Yerçekimsel merceklenme olmadığında polarize görüntünün nasıl görüneceğini ve ayrıca yerçekimsel merceklenmeye neden olan kütlenin haritasını keşfetmek için ekip, Berkeley’deki Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Bilgi İşlem Merkezi’ndeki (NERSC) bilgisayarları kullandı.

Knox’un araştırma grubundan proje bilimcisi ve çalışmanın ikinci yazarı Marius Millea, “Aslında gerçekten yüksek düzeyde yaptığımız şey, bu verilere sahip olmamız ve bunu NERSC’deki bu süper bilgisayara göndermemizdir” dedi. “Ve bilgisayarlar şu fikri test ediyor: “Eğer gerçek evren böyle görünseydi, bizim gördüğümüze benzeyen bir harita üretir miydi?”

Knox’un araştırma grubundan yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Fei Ge, “Verilerimiz var, ancak aynı zamanda bu tür gözlemlenebilirleri üreten veya tahmin eden bir modele de ihtiyacımız var” diye ekledi.

Hubble gerilimi

Ekibin araştırması, kozmolojik toplulukta “Hubble gerilimi” olarak bilinen bir bilmeceyi doğrudan ele alıyor. Aslında bilim insanları, evrenin genişleme hızının, onu ölçmek için kullanılan metodolojiye bağlı olarak değiştiği konusunda bir anlaşmaya varamıyorlar.

Yöntemlerden birinde gökbilimciler, evrenin bugün ne kadar hızlı genişlediğini tahmin etmek için standart kozmolojik modeli kozmik mikrodalga arka plan gözlemleriyle birleştirerek kullanıyorlar.

Başka bir yöntemde, genişleme oranını daha doğrudan ölçmek için yıldızların gözlemlerini ve süpernova adı verilen yıldız patlamalarını kullanıyorlar. Bu yöntemden elde edilen ölçümler genellikle standart model tahminlerinden daha yüksek, yani daha hızlı bir genişleme oranı elde etti. Bu, çağdaş kozmolojideki en büyük bilmecelerden biridir; tutarsızlığın kaynağı bilinmiyor.

Ekip, genişleme hızına ilişkin yeni bir tahminde bulunmak için kutuplaşma verilerini standart kozmolojik modelle birleştirerek kullandı. Tahminleri, bir Avrupa Uzay Ajansı misyonu olan Planck uydusu tarafından ölçülen kozmik mikrodalga arka plan yoğunluk haritaları kullanılarak yapılan tahminle tutarlıdır.

Ekibin yeni tahmini, çok yüksek istatistiksel öneme sahip süpernova ölçümleriyle çelişecek kadar kesin. Standart kozmolojik model ve kozmik mikrodalga arka plan yoğunluk yöntemi tarafından tahmin edilen genişleme hızıyla daha fazla uyum sağlıyor ve Hubble gerilimine yönelik herhangi bir çözümün içinden atlamak zorunda kalacağı bir çemberi daha temsil ediyor.