Astronomija

Kaip nustatėme CMB atstumą?

Kaip nustatėme CMB atstumą?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Kosminis mikrobangų fonas (CMB) yra seniausia elektromagnetinė spinduliuotė visatoje. Iš kur mes žinome, kiek toli yra CMB?


Tinkamas CMB laikas

Pabandysiu užduoti šį klausimą 3 skirtingais būdais ir galbūt paaiškės jo idėja. Aš žinau, kad semantika tikrai gali išjudinti diskusiją apie fiziką.

1: Ar, palyginti su šiandiena, ar laikas praėjo greičiau, lėčiau (arba nei vienas) paskutinio sklaidos momentu?

2: Kiek CMB raudonojo poslinkio priskiriama poslinkiui dėl laiko išsiplėtimo / susitraukimo? Jei bet kuris?

3: Hipotetiškai, jei paskutinio pasklidimo momentu buvo laikrodis ir jo šviesa tik dabar mus pasiekė, ar laikrodžio rodyklės tiksi greičiau ar lėčiau (ar nė vieno) nei laikrodis šiandienos žemėje?

___
Keli būdai, kaip pagalvojau, kaip atsakyti į tai:

Taigi. impulsyvus šiam klausimui yra pasikartojantys teiginiai, kad ankstyvoji visata buvo karšta ir tanki (palyginti su šiandiena), kuri man skamba taip, kad tokia materijos būsena sukeltų tam tikrus (mūsų atžvilgiu dabar) erdvės metrikos iškraipymus.

Aš bandžiau tai pasiekti anksčiau per „gravitacinio laiko išsiplėtimą“ ir gravitacinį potencialą, bet patekau į aklavietę.
Aš taip pat bandžiau pagalvoti apie tai, kaip palyginti erdvėlaikio metriką tada ir dabar, tačiau ji susisuko į GR 2 kūno problemą.
Negalite apibrėžti gravitacijos potencialo nestacionariame erdvėlaikyje, o kosmologijoje naudojamas FLRW erdvės laikas yra nestacionarus. Taigi šio klausimo negalima suformuluoti taip, kad būtų prasminga GR. & Quot


Pakeliui sužinojau apie „Sachs-Wolf“ efektus, NISW ir ISM (tiek ankstyvus, tiek vėlyvus). Tai yra nuostabu, tačiau nesukurkite ryšio tarp materijos / energijos tankio paskutinio išsisklaidymo paviršiuje ir materijos / energijos tankio šiandien. (NISW verčia gravitacinį raudoną poslinkį pagal vidutinę fono temperatūrą ir karštesnius ar vėsesnius nehomogeniškumus paskutinio išsibarstymo metu. ISM verčia raudonus poslinkius, kurie modifikuojami praeinant pro kapų šulinius, kurie įvyksta visuotinai išsiplėtus)

Dabar galvoju, kad būtų galima įsigilinti į Friedmano lygčių energijos tankį ir palyginti tada ir dabar, remiantis mastelio koeficientu.
__

Aišku, kad nesu apmokytas fizikas ir tiesiog atsainiai domiuosi šiomis temomis.
Kaip geriau užduoti šiuos klausimus ir (arba) ieškoti atsakymo?


CMB sukūrimas, atstumo matavimo klausimas

Kaip mes tikrai žinome jo raudoną poslinkį? nes skirtingai nuo žvaigždžių, CMB neturi nei spektrinių linijų, nei kitų panašių objektų, kaip kad yra visur ir tas pats.

Iš to, ką aš suprantu, pirmiausia kilo Didžiojo sprogimo teorija ir modelis, tada Hablas pamatė, kad tolimos galaktikos tolsta nuo mūsų visomis kryptimis, tada 1965 m. Jie pirmą kartą netyčia eksperimentiškai patikrino CMB ir iš ten mes gavome dabartinę temperatūrą,
tada šią temperatūrą nubrėžėme pagal temperatūrą, kurioje neutrali plazma gali sudaryti vandenilio atomus, dar vadinamą tašku, kuriame energija nukrenta pakankamai žemai, kad įvyktų rekombinacija.
Skaičiau, kad nors pirmoji vandenilio susidarymo energija yra pakankamai maža, yra apie 13,6 eV, tačiau esant šiai energijai vandenyje susidarė tik dalis plazmos, taigi energija turėjo nukristi dar žemiau, kai didžioji materijos dalis tapo neutraliais atomais. CMB fotonai galėjo visiškai atsieti.

Ar būčiau teisus sakydamas, kad negalime eksperimentiškai stebėti CMB raudonojo poslinkio (nes eksperimentiškai mes tiesiog matome radiaciją esant tam tikram bangos ilgiui), bet išvedėme ją iš antrinių šaltinių, tokių kaip laboratoriniai eksperimentai su vandeniliu ir plazma, iš kurių apskaičiavome vandenilio elektronai ir taško, kuriame tokia plazma gali formuoti atomus, energija ir atitinkama temperatūra.

Jei kol kas taip gerai, turiu dar vieną klausimą,
taigi mes prieiname išvadą, kad temperatūra, kurioje vyksta CMB atsiejimas, yra 3000 K, ir dabar mes matome, kad temperatūra yra 2,7 K,
Ar galėtume įvertinti, per kiek laiko erdvė išsiplėtė tik pagal šią informaciją, atsiejimo temperatūrą ir dabartinę temperatūrą?


Paklauskite Ethano: kaip CMB atskleidžia Hablo konstantą?

Karštos ir šaltos dangaus pusrutulių dėmės, kaip jos atsiranda CMB. Duomenys . Šiuose žemėlapiuose esantis [+] užkoduoja didžiulį kiekį informacijos apie ankstyvąją Visatą, įskaitant tai, iš ko ji sudaryta ir kaip greitai ji plečiasi.

E. Siegel / Damienas George'as / http://thecmb.org/ / Plancko bendradarbiavimas

Jei norite suprasti, iš kur atsirado ir kur vyksta mūsų Visata, turite įvertinti, kaip ji plečiasi. Jei viskas nutolsta nuo viso kito, galime ekstrapoliuoti bet kuria kryptimi, kad išsiaiškintume savo praeitį ir ateitį. Eik atgal, ir viskas taps tankesnė, karštesnė ir mažiau gniužulinga. Jei dabar žinote išsiplėtimo greitį ir tai, kas yra jūsų Visatoje, galite grįžti iki Didžiojo sprogimo. Panašiai, jei dabar žinote išsiplėtimo greitį ir kaip jis keičiasi laikui bėgant, galite pereiti iki pat Visatos karščio mirties. Tačiau vienas didžiausių kosmologijos galvosūkių yra tas, kad mes turime du visiškai skirtingus Visatos plėtimosi greičio matavimo metodus, ir jie nesutinka. Kaip mes netgi gauname tas normas? Štai ką Lindsay Forbesas (be ryšio) nori žinoti, klausdamas:

„Kosminis mikrobangų fonas (CMB) yra labai svarbi Didžiojo sprogimo modelio dalis. Kaip jie apskaičiuoja H0 iš CMB? Aš gaunu [supernovos] grupę. Matau, kaip neseniai atlikti paralaksiniai matavimai padeda paremti jų pastebėjimus. Aš tiesiog negaliu suprasti, kaip [kita] grupė patenka iš tų mažų taškelių CMB žemėlapyje į tai, ką dabar matome danguje “.

Tai labai gilus klausimas, kuris nusipelno gero atsakymo. Išsamiau ir išsiaiškinkime.

Vizuali besiplečiančios Visatos istorija apima karštą, tankią būseną, vadinamą Didžiuoju sprogimu ir. [+] struktūros augimas ir formavimasis vėliau. Visas duomenų rinkinys, įskaitant šviesos elementų stebėjimus ir kosminį mikrobangų foną, palieka tik Didįjį sprogimą kaip pagrįstą paaiškinimą visiems, kuriuos matome. Besiplečiant Visatai, ji taip pat vėsta, leidžianti susidaryti jonams, neutraliems atomams ir galiausiai molekulėms, dujų debesims, žvaigždėms ir galiausiai galaktikoms.

Yra visokių matavimų apie Visatą, kurie atskleidžia jos savybes. Jei norime sužinoti, kaip greitai Visata plečiasi, jums tereikia tinkamo paveikslo jūsų galvoje. Visata prasideda labai karšta, tanki ir vienoda. Senstant jis plečiasi plečiasi ir gauna:

  • aušintuvas (nes jame esanti spinduliuotė ištempia bangos ilgį, nukreipdama ją link mažesnės energijos ir temperatūros),
  • mažiau tankus (nes dalelių skaičius jame išlieka pastovus, tačiau tūris padidėja),
  • ir klampesni (nes gravitacija pritraukia daugiau materijos į tankesnius regionus, o pirmiausia medžiagą pavagia nuo mažiau tankių regionų).

Mūsų galaktikoje yra tik viena kita planeta, kuri galėtų būti panaši į žemę, sako mokslininkai

Pasak mūsų, mokslininkai, mus jau pastebėjo 29 intelektualios ateivių civilizacijos

„Super Solstice Braškių mėnulis“: pamatykite ir srautu per savaitę didžiausią, ryškiausią ir geriausią šios savaitės mėnulio patekėjimą

Vykstant šiems dalykams, keičiasi ir plėtimosi tempas, kuris laikui bėgant mažėja. Yra daug įvairių būdų, kaip išmatuoti Visatos išsiplėtimo greitį, tačiau jie visi skirstomi į dvi kategorijas: tai, ką aš vadinu „atstumo kopėčių“ metodu, ir tai, ką aš vadinu „ankstyvosios relikvijos“ metodu.

Kuriant kosminio atstumo kopėčias, reikia pereiti nuo mūsų Saulės sistemos iki žvaigždžių. [+] netoliese esančios galaktikos. Kiekvienas „žingsnis“ neša savo neapibrėžtumą, tačiau taikant daugybę nepriklausomų metodų, neįmanoma, kad kuris nors laiptelis, pvz., Paralaksas, cefeidai ar supernovos, sukeltų visą rastą neatitikimą.

NASA, ESA, A. FEILD (STSCI) ir A. RIESS (STSCI / JHU)

Atstumų kopėčių metodą lengviau suprasti. Viskas, ką ketinate padaryti, yra matuoti suprantamus objektus, nustatant jų atstumą nuo jūsų ir tai, kiek iš jų sklinda šviesa, išsiplėtus Visatai. Atlikite tai už pakankamai objektų įvairiais atstumais - įskaitant pakankamai didelius atstumus - ir atskleisite, kaip greitai Visata plečiasi, su labai mažomis klaidomis ir neaiškumais.

Šiuo metu yra daugybė skirtingų būdų tai padaryti. Galite tiesiogiai išmatuoti atskiras žvaigždes, nustatydami jų atstumą paprasčiausiai matuodami jas ištisus metus. Žemei judant aplink Saulę, to mažo atstumo pasikeitimo pakanka, kad būtų galima parodyti, kiek žvaigždės pasislenka, tuo pačiu būdu, kaip nykštis pasislenka prieš foną, jei užmerksite vieną akį ir tada pakeisite akis.

Kai žinosite, kiek toli yra tų tipų žvaigždės - cefeidai, RR lyrae, tam tikri milžiniškų žvaigždžių tipai ir kt., - jų galite ieškoti tolimose galaktikose. Kadangi žinote, kaip šios žvaigždės veikia, galite nustatyti jų atstumus, taigi ir atstumus iki tų galaktikų.

Tada galite išmatuoti tų galaktikų ar jose esančių objektų savybes: sukimosi savybes, greičio sklaidas, paviršiaus ryškumo svyravimus, atskirus įvykius, pvz., Ia tipo supernovas ir kt. Tol, kol galėsite išmatuoti ieškomas savybes, sugebėti pastatyti kosminio atstumo kopėčias, nustatant, kaip Visata išsiplėtė tarp to laiko, kai šviesa sklido iš tolimų jūsų objektų, ir tada, kai ji pateko į tavo akis.

Išsamus žvilgsnis į Visatą atskleidžia, kad jis yra tamsios medžiagos, o ne antimaterijos. [+] reikalinga materija ir tamsi energija, ir mes nežinome nė vienos iš šių paslapčių kilmės. Tačiau CMB svyravimai, didelio masto struktūros susidarymas ir koreliacijos bei šiuolaikiniai gravitacinių lęšių stebėjimai rodo tą patį vaizdą.

CHRIS BLAKE IR SAM MOORFIELD

Ankstyvieji relikvijos metodai, kaip grupė, yra išsamiau, tačiau nebūtinai sudėtingesni kaip sąvoka. Užuot pradėję čia, Žemėje, judėdami vis gilyn į tolimą Visatą, mes pradedame kelią atgal prie Didžiojo sprogimo ir apskaičiuojame pradinį atspaudą kažkokiu nuostabiai ankstyvu laiku. Tada mes išmatuojame šiandien pastebimą signalą, kurį tam tikru būdu paveikė tas ankstyvasis atspaudas.

Kas pasikeitė? Visata išsiplėtė nuo Didžiojo sprogimo iki šių dienų. Kai matuojame tą atspaudą šiandien, galime sužinoti, kaip Visata išsiplėtė nuo to momento, kai ši ankstyvoji relikvija buvo įspausta dabar, kai ją matuojame. Du garsiausi „ankstyvųjų relikvijų“ metodai yra kilę iš to paties šaltinio: tie iš pradžių pernelyg tankūs ir nepakankamai tankūs regionai, kurie suteikė sėklų plataus masto struktūros augimui Visatoje. Jie pasirodo dideliame galaktikų klasteriuose, kuriuos matome vėlyvojo laikotarpio Visatoje, taip pat jie pasirodo likusiame švytėjime nuo Didžiojo sprogimo: kosminiame mikrobangų fone arba CMB.

Kvantiniai svyravimai, atsirandantys infliacijos metu, ištempia Visatą ir kada. [+] infliacija baigiasi, jie tampa tankio svyravimais. Laikui bėgant tai lemia didelio masto Visatos struktūrą ir temperatūros svyravimus, stebimus CMB. Tokios naujos prognozės yra būtinos nustatant mūsų Visatos kilmę ir ankstyvąją istoriją.

E. SIEGELIS, KURIŲ ATVEJAI ATVEJO IŠ EKA / PLANKO IR DOE / NASA / NSF INTERAGENCIJOS UŽDAVINIO JĖGOS CMB TYRIMAMS

Ko tikėjotės - iš tikrųjų to, ko tikėjosi beveik kiekvienas astrofizikas ir kosmologas, buvo tai, kad nesvarbu, kaip mes išėjome matuoti Visatos išsiplėtimo greitį, gausime tiksliai tą patį atsakymą. Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje / 2000-ųjų pradžioje manėme, kad pagaliau jį pritvirtinome. Vadinamasis pagrindinis Hablo kosminio teleskopo pagrindinis projektas, pavadintas todėl, kad jo tikslas buvo išmatuoti Hablo konstantą, pateikė pagrindinius rezultatus: Visata plėtėsi greičiu 72 km / s / Mpc, o neapibrėžtumas siekė apie 10%. Tačiau nuo to 2001 m. Leidimo šie įvairūs metodai dar labiau sumažino neaiškumus.

Todėl, beje, šiandien kosmologijoje yra toks ginčas: kadangi atstumų kopėčių klasėje visi matavimai sutampa su 73–74 km / s / Mpc verte, tačiau ankstyvųjų relikvijų klasėje visi matavimai sutampa, kai vertė yra 67–68 km / s / Mpc. Šių verčių neapibrėžtumas yra apie 1–2%, tačiau jie skiriasi maždaug 9 proc. Nebent kažkas iš esmės yra ne taip su viena iš šių matavimo klasių arba yra kokia nors fizikos rūšis, kurios mes neapskaitome, ši paslaptis iš tikrųjų niekur greitai neišnyks.

Šiuolaikinės matavimo įtampos iš atstumo kopėčių (raudonos) su ankstyvais relikvijos duomenimis iš CMB ir. [+] Kontrastui parodytas BAO (mėlynas). Tikėtina, kad ankstyvojo signalo metodas yra teisingas ir yra esminis atstumo laiptelių trūkumas. Tikėtina, kad yra nedidelio masto klaida, iškreipianti ankstyvojo signalo metodą, o atstumo kopėčios yra teisingos, arba kad abi grupės yra teisingos ir tam tikros formos nauja fizika (kai kurios galimybės rodomos viršuje) yra kaltininkas. Bet šiuo metu negalime būti tikri.

Jei norime suprasti, iš kur atsiranda ta CMB vertė, turite suprasti, kas yra CMB ir ką ji mums sako. Ankstyvoji Visata buvo karšta ir tanki: tokia karšta ir tokia tanki, kad kažkuriuo metu seniai nebuvo įmanoma suformuoti neutralių atomų. Bet kada protonas ar bet koks atomo branduolys susiduria su elektronu, elektronas bandys prie jo prisijungti, kaskadomis nusileisdamas po įvairius energijos lygius ir skleisdamas fotonus.

Bet jei jūsų Visata yra per karšta, bus fotonų, kurie yra pakankamai energingi, kad tuos elektronus vėl spartintų. Tik tada, kai Visata turi pakankamai laiko išsiplėsti ir atvėsti, o visi joje esantys fotonai (vidutiniškai) atvėsę žemiau tam tikros temperatūros, galite suformuoti tuos neutralius atomus. Tuo metu, kai susidaro neutralūs atomai, tie fotonai nustoja atšokti nuo laisvųjų elektronų - nes nebėra laisvų elektronų, kuriuos jie visi būtų surišti į neutralius atomus - ir ta šviesa tiesiog daro tai, ką daro: keliauja tiesia linija šviesos greičiu, kol ji į ką nors atsitrenkia.

Jonizuota plazma (L) prieš išskiriant CMB, po kurios pereinama į neutralią Visatą. [+] (R), skaidrus fotonams. Tuomet ši šviesa laisvai plūsta į mūsų akis, o dėl Visatos išsiplėtimo visa tai būna perkeliama į vis ilgesnius bangos ilgius. Galiausiai, jis pasiekia mūsų detektorius šiuo metu, praėjus 13,8 milijardo metų.

Žinoma, dauguma tos šviesos nieko nepataikė, nes erdvė dažniausiai tuščia. Šiandien žvelgdami į dangų matome tą likusį šviesą, nors nematome jos tiksliai taip, kaip buvo tada, kai ją išleido tie neutralūs atomai. Atvirkščiai, mes matome ją tokią, kokia yra šiandien, apkeliavusi besiplečiančią Visatą maždaug 13,8 milijardo metų. Kai Visata pirmą kartą tapo neutrali, temperatūra buvo apie 3000 K, o šiandien ji atvėso iki 2,7255 K. Užuot pasiekusi smailę matomoje spektro dalyje ar net infraraudonųjų spindulių dalyje, šviesa taip stipriai pasislinko, kad dabar atsiranda mikrobangų spektro dalyje.

Tas 2,7255 K yra tas pats visur: visomis kryptimis, į kurias žiūrime. Bent jau visur vienodai. Mes judame per Visatą, palyginti su šiuo šviesos fonu, todėl kryptis, kuria judame, atrodo karštesnė, o kryptis, nuo kurios tolstame, - šaltesnė. Atimdami tą efektą, mes pastebime, kad žemyn esant maždaug 0,003% lygiui - temperatūrų skirtumai yra tik dešimtys ar šimtai mikro laipsnių - yra temperatūros svyravimų: vietose, kurios kada nors yra šiek tiek karštesnės ar šaltesnės nei vidutiniškai.

Kai mūsų palydovai pagerino savo galimybes, jie ištyrė mažesnes skales ir didesnį dažnį. [+] juostos ir mažesni temperatūros skirtumai kosminiame mikrobangų fone. Temperatūros netobulumai padeda išmokyti, iš ko susidarė Visata ir kaip ji vystėsi, nupiešdami paveikslą, kurio prasme tamsioji materija turi prasmę.

NASA / ESA IR „COBE“, „WMAP“ IR „PLANCK“ komandų 2018 m. REZULTATAI. VI. KOSMOLOGINIŲ PARAMETRŲ BENDRADARBIAVIMAS (2018)

Tai yra didžiojo klausimo esmė: kaip mes gauname išsiplėtimo greitį atlikdami šiuos temperatūros ir temperatūros svyravimų matavimus?

Nuoširdžiai sakant, tai vienas didžiausių tiek teorinės, tiek stebėjimo kosmologijos pasiekimų. Jei pradėsite nuo Visatos su žinomu ingredientų rinkiniu anksčiausiai - karšto Didžiojo sprogimo pradžioje - ir žinote lygtis, kurios valdo jūsų Visatą, galite apskaičiuoti, kaip jūsų Visata vystysis nuo to ankstyvojo etapo iki 380 000 praėjo metai: laikas, kai Visata atvės iki 3000 K ir išlaisvins CMB.

Kiekvienas įdėtas ingredientų rinkinys turės savo unikalų CMB, kurį jis gamina. Jei apskaičiuosite, kaip Visata elgiasi tik esant normaliai materijai ir radiacijai, gausite tik maždaug pusę „vingiuotų“ funkcijų, kurias taip pat gautumėte Visatoje su tamsia materija. Jei pridedate per daug įprastų medžiagų, smailės tampa per aukštos. Jei pridedate erdvinį kreivumą, svyravimų dydžio skalės keičiasi, vis mažesnės ar didesnės (vidutiniškai), priklausomai nuo to, ar kreivumas yra teigiamas, ar neigiamas. Ir taip toliau.

Keturios skirtingos kosmologijos lemia tuos pačius CMB svyravimų modelius, tačiau nepriklausomus. [+] kryžminiu patikrinimu galima tiksliai išmatuoti vieną iš šių parametrų, sulaužant degeneraciją. Nepriklausomai matuodami vieną parametrą (pvz., H0), galime geriau apriboti tai, kas yra Visata, kurioje gyvename, dėl savo pagrindinių kompozicinių savybių. Vis dėlto, net jei liko keletas reikšmingų kambarių, Visatos amžius nekelia abejonių.

Melchiorri, A. ir amp Griffiths, L. M., 2001, NewAR, 45, 321

Šią analizę žavi tai, kad yra tam tikrų parametrų, kuriuos galite keisti visi kartu - šiek tiek daugiau tamsios ir normalios medžiagos, šiek tiek daugiau tamsios energijos, daug daugiau kreivumo, lėtesnio išsiplėtimo greičio ir kt. tie patys svyravimų modeliai. Fizikoje tai vadiname „išsigimimu“, pavyzdžiui, kai paėmę kvadratinę šaknį iš keturių, gausite kelis galimus atsakymus: +2 ir -2.

Na, CMB temperatūros spektras yra savaime išsigimęs: yra daugybė galimų kosmologijų, kurios gali atkurti matomus modelius. Tačiau be temperatūros spektro yra ir kitų CMB komponentų. Yra poliarizacija. Yra temperatūros poliarizacijos kryžminis spektras. Yra skirtingi pradiniai svyravimų rinkiniai, kuriuos Visata galėtų pradėti nuo skirtingų infliacijos modelių. Kai žiūrėsime visi duomenų yra tik nedidelis modelių pogrupis, galintis išgyventi ir sėkmingai atkurti matomą CMB. Nors tai yra išsami informacija, aš įtraukiau tai, ką pavadinčiau „pinigų planu“.

Ši diagrama parodo, kurios Hablo konstantos vertės (kairė, y ašis) geriausiai atitinka duomenis iš. [+] kosminis mikrobangų fonas iš ACT, ACT + WMAP ir Planck. Atkreipkite dėmesį, kad didesnė Hablo konstanta yra priimtina, tačiau tik visatos, turinčios daugiau tamsiosios energijos ir mažiau tamsiosios medžiagos, sąskaita, kaip rodo medžiagos tankio spalvos koduoti duomenų taškai. Tai iš esmės nesuderinama su atstumo kopėčių duomenimis, kaip pažymėta SH0ES rezultatu.

ACT bendradarbiavimo duomenų išleidimas 4

Kaip matote, galimų kosmologijų, kurios gali veikti, kad atitiktų CMB, spektras yra gana siauras. Tinkamiausia plėtimosi norma yra 67–68 km / s / Mpc, atitinkanti Visatą, kurioje yra apie 32% materijos (5% normaliosios medžiagos ir 27% tamsiosios medžiagos) ir 68% tamsiosios energijos. Jei bandote išsiplėtimo greitį perkelti žemiau, jums reikia daugiau normalios ir tamsios medžiagos, mažiau tamsios energijos ir šiek tiek teigiamo erdvinio kreivumo. Panašiai, jei bandysite išplėsti plėtimosi greitį, jums reikės mažiau bendrosios medžiagos ir daugiau tamsiosios energijos bei galbūt šiek tiek neigiamo erdvinio kreivumo. Tikrojo wiggle-room yra labai mažai, ypač kai pradedate svarstyti kitus nepriklausomus apribojimus.

Pavyzdžiui, šviesos elementų gausa mums tiksliai nurodo, kiek yra normalios medžiagos. Galaktikų sankaupų ir didelio masto struktūros matavimai mums parodo, kiek yra bendros medžiagos, normalios ir tamsios kartu. Visi skirtingi suvaržymai mums nurodo Visatos amžių: 13,8 milijardo metų, netikrumas yra tik

1%. CMB yra ne tik vienas duomenų rinkinys, bet ir daugybė, ir jie visi rodo tą patį vaizdą. Viskas yra nuoseklus, tačiau jis nudažo to paties paveikslo, kurį daro kosminio atstumo kopėčios. Kol nesuprasime, kodėl, tai išliks viena didžiausių šiuolaikinės kosmologijos problemų.


Pirmoji CMB akustinė smailė

Pirmoji akustinė smailė matoma CMB temperatūros galios spektre:

Apsvarstykite raudonos linijos suformuotą grafiką. Tai geriausiai tinka WMAP temperatūros galios spektrui. Jis matuoja temperatūros svyravimus kaip daugybinio momento [itex] ell [/ itex] funkciją. Daugiapolis momentas atitinka koreliuojančių dangaus svyravimų kampinį atskyrimą, [itex] theta [/ itex]: [itex] ell approx pi / theta [/ itex]. Taigi šiame siužete dabartinio horizonto tvarka esančios svarstyklės yra kairiajame kampe, o mažesnio ilgio - dešinėje. Plati centrinė smailė yra pirmoji akustinė smailė.

Tai, į ką jūs žiūrite šiame siužete, yra erdvinio tankio koreliacijos funkcijos Furjė transformacija - angliškai tai, ką matote, yra akustinės bangos, svyruojančios ankstyvosios visatos bariono-fotono plazmoje. Tai visatos momentinė nuotrauka, kai jai buvo keli šimtai tūkstančių metų. Visatai atvėsus, fotonai atsijungė nuo barionų ir nebedalyvavo šiuose svyravimuose - jie veikiau pradėjo laisvai transliuoti visatoje, sudarydami tai, ką šiandien žinome kaip CMB, amžinai užsiblokuodami šiuose sudėtinguose pirmykščių virpesių modeliuose.

Pirmoji smailė atitinka akustinę bangą, kuri turėjo pakankamai laiko suspausti iki šio atsiejimo. Aukštesnės eilės smailės patyrė daugiau svyravimų (taigi, šiek tiek slopinamos, palyginti su pirmąja.) Svarstyklės, esančios kairėje nuo pirmosios smailės, atsiejimo metu iš tikrųjų buvo „superhorizonos“ - jos palaikė ilgio skales, kurios priežastiniu būdu buvo atjungtos. - todėl šiose skalėse nebuvo galima nustatyti svyravimų.

Šiaip ar taip, atgal į pirmąją viršūnę. Pirmoji smailė atitinka labai ypatingą ankstyvosios visatos ilgio skalę - būtent jos kampinis atskyrimas suteikia horizonto dydį atsiejimo metu. Astronomai matuoja atstumus matuodami kampą, kurį pakerta žinomo dydžio objektas. Mūsų atveju teorija mums nurodo, koks didelis horizontas buvo atsiejimo metu, ir mes žinome, prieš kiek laiko CMB buvo išleista. Pagal aukščiau pateiktą paveikslėlį paprasta geometrija susieti kampą [itex] theta [/ itex] su horizonto atstumu atsiet. Jei geometrija yra lygi, gerai, gausite įprastą Euklido rezultatą. Tačiau jei yra pastebimas erdvinis kreivumas, pamatuosite a mažesnis tam tikros ilgio skalės kampas (žr. kairįjį paveikslą). Taigi centrinės smailės kampinis skersmuo - jo padėtis išilgai x ašies - padeda nustatyti visatos geometriją. Pavyzdžiui, atvira visata paveiksle parodys pilką kreivę. WMAP atrado, kad visata iš tikrųjų yra labai arti plokščios, maždaug 1%.

Taigi, ką visa tai reiškia tamsijai energijai? Jei visata yra plokščia, tada jos tankis turi būti lygus kritiniam tankiui. Bet mes žinome, kad paprastoji materija ir tamsioji medžiaga sudaro tik apie 25% kritinio tankio. Mes tai žinome iš kelių duomenų šaltinių, bet bene svarbiausia matuojant CMB aukštesnio laipsnio smailių vietas ir dydžius. Taigi yra dar vienas energijos šaltinis, kuris įneša apie 75% į bendrą biudžetą. Jis turi būti lygus ir vienodas, ir mes tai vadiname tamsiąja energija.

Tai, kad tamsi energija sukelia visatos pagreitintą plėtrą, taip pat galima pastebėti CMB, nors įrodymai apie tai labiausiai pastebimi atliekant supernovų raudonojo poslinkio matavimus.


Kosminis kirpimas:

Nepaisant CMB kaip kosmologinio zondo sėkmės, jis negali padaryti visko. CMB anizotropijos neturi didelio jautrumo įvykiams raudonų poslinkių metu, daug mažiau nei rekombinacijos (z

1100). Tai reiškia, kad CMB negali būti naudojamas kaip tikslusis tamsiosios energijos zondas, kuris tampa tik ženklu prisidedančiu prie bendro energijos tankio esant z & lt 2.

Laimei, tomografinis kosminis kirpimas didelėse kampinėse svarstyklėse (vėl didesniuose kampuose nei keli lanko minutės) yra stebėjimas, kuris yra jautrus įvykiams esant mažesniam raudonojo poslinkio momentui ir dalijasi visi trys pirmiau išvardyti teigiami CMB požymiai.

Švarus teorijos ir pastebimų santykis. Kaip ir CMB atveju, linijinės perturbacijos teorija yra pakankamai didelė, kad būtų galima numatyti kosminio šlyties statistines savybes. Tačiau, kadangi kosminis kirpimas yra jautrus tankio sutrikimams esant mažesniems raudonos spalvos poslinkiams nei CMB, ir šie tankio sutrikimai laikui bėgant didėjo, linijinės perturbacijos teorija sugenda didesnėmis kampinėmis kosminio šlyties skalėmis nei CMB, kaip matyti paveiksle. Tačiau taikant kosminį kirpimą, linijinės perturbacijos teorijos suskaidymas nereiškia skaičiavimo suskaidymo. Svarstyklėse, kurios yra ilgesnės nei kelios lanko minutės, gali būti naudojamos skaitmeninės simuliacijos, kad būtų galima labai tiksliai apskaičiuoti šlyties galios spektrus. Šio gebėjimo raktas yra dominuojantis tamsiosios materijos vaidmuo ir grynai gravitacinių sąveikų paprastumas.

Turtingos funkcijos. Nors kiekvienas šlyties galios spektras yra daug prastesnių savybių nei CMB galios spektras, šių šlyties galios spektrų yra daug. Jų santykinės formos ir amplitudės yra labai informatyvios apie pradinį galios spektrą ir tolesnę struktūros raidą esant žemesniems raudoniems poslinkiams. Netiesinė (bet apskaičiuojama) tankio lauko raida reiškia, kad reikšminga (ir nereikalinga) informacija yra ne tik dviejų taškų koreliacijos (galios spektras Furjė erdvėje), bet ir trijų taškų funkcijoje ( bispektras Furjė erdvėje).

Matuojamumas. 0,001 - 0,01 foninių galaktikų šlyties, kurią sukelia priekinio plano masės struktūra, iš tikrųjų yra lengviau išmatuoti nei 10 ppm CMB temperatūros svyravimų. Šie šlyties matavimai yra patikimesni, kai danguje tankiai (10000 kvadratiniame laipsnyje) pabarstomi kirpimo kalibratoriai - priekinės žvaigždės. Techniniai iššūkiai kiekvienu atveju užtruko du dešimtmečius: mažo triukšmo imtuvai CMB ir dideli CCD detektoriai, apimantys reikšmingus silpno objektyvo šlyties regėjimo laukus. Analizės programinės įrangos algoritmų kūrimas taip pat vaidino svarbų vaidmenį tiek CMB, tiek kosminiame kirpime.

Keli kosminiai kirpimo zondai yra pasirengę žengti kitą galutinį žingsnį atskleidžiant tamsiosios energijos fizinę prigimtį. LSST unikaliai gali atlikti šią misiją, o pirmoji šviesa - 2012 m.


Koks metodas naudojamas norint sužinoti Andromedos galaktikos atstumą nuo mūsų?

Atstumai iki gilaus dangaus objektų, tokių kaip Andromedos galaktika, dažnai nustatomi naudojant vadinamąsias „Standartines žvakes“, o tai reiškia, kad astronomai ieško objektų, esančių taikinyje, kuriems, jų manymu, yra žinomas vidinis šviesumas (koks jis iš tikrųjų yra ryškus) yra). Bet kurio šviesą skleidžiančio objekto tariamasis ryškumas (koks jis mums atrodo ryškus) mažėja, kai atstumas tarp objekto ir stebėtojo yra kvadratas, taigi, jei žinome objekto šviesumą, galime išmatuoti tariamą šviesą ir atlikite nesudėtingą skaičiavimą, kad gautumėte apytikslį atstumą iki objekto. Tokios „standartinės žvakės“ pavyzdžiai yra vadinamos „Cepheid Variable“ žvaigždėmis. Tai yra jaunos, masyvios, ryškios žvaigždės (apie 1000 kartų daugiau šviečiančios nei mūsų Saulė), kurios periodiškai keičiasi šviesumu. Nustatyta, kad kefeido kintamojo laikotarpis yra susijęs su jo vidiniu ryškumu, taigi, jei matuojama, kaip dažnai žvaigždė keičia šviesumą, galima apskaičiuoti jo vidinį šviesumą, tokiu būdu leidžiant apskaičiuoti atstumą iki kefeido kintamojo. Kita dažnai naudojama „Standartinė žvakė“ yra supernovos rūšis, vadinama Ia tipo supernova, kurią sukėlė baltos nykštukinės žvaigždės, kuri vagia masę iš palydovo žvaigždės, žlugimas. Astronomai mano, kad visų Ia tipo supernovų vidinis maksimalus šviesumas yra maždaug vienodas (apie –19,5). Vėlgi, kadangi yra žinomas vidinis šviesumas, matuojant matomą šviesumą, galima apskaičiuoti apytikslį atstumą iki supernovos. Be to, kadangi supernovos yra tokios nepaprastai ryškios, jas galima pastebėti dideliais atstumais, todėl jos idealiai tinka matuoti objektus, esančius daug toliau nei Andromedos galaktika (t. Y. Milijardai šviesos metų).
Atsakė: Colby Haywardas, kompiuterių technikos technikas, Ontarijas, Kanada

Pirmą kartą (netiksliai) atstumą iki Andromedos nustatė 1920 m. Pabaigoje Edvinas Hubble'as. Hablas naudojo kalibruotą periodo šviesumo santykio formą, kurią pirmą kartą atrado Henrietta Leavitt apie 1911 metus. Leavittas tyrinėjo kefeido kintamąsias žvaigždes daug arčiau esančioje galaktikoje, vadinamoje mažuoju magelano debesiu (SMC). Šios žvaigždės turi savitą savybę keisti ryškumą reguliariai arba periodiškai. Laikas, kada kintama žvaigždė svyruoja nuo ryškiausio iki tamsiausio iki ryškiausio, vadinamas tos žvaigždės periodu. Cefeidai savo vardą kildina iš to, kad jie buvo atrasti Cepheus žvaigždyne. Leaviit pastebėjo, kad jie buvo linijinis ryšys tarp jos tyrinėtų cefeidų laikotarpių ir jų akivaizdaus ryškumo. Kadangi visi šie cefeidai buvo SMC, ji samprotavo, kad visi jie yra maždaug vienodu atstumu, todėl tarp jų periodų ir tikrojo ryškumo (kaip ryškiai jie atrodytų standartiniu atstumu) taip pat turėtų būti linijinis ryšys. Paprastas dalykas yra nustatyti atstumą iki objekto, jei žinote jo tikrąjį ir tikrąjį ryškumą. Jūs naudojate įstatymą, vadinamą atvirkštinio kvadrato įstatymu. Leavitt teigė, kad jei ji galėtų nustatyti atstumą iki bet kurios kefeido kintamos žvaigždės, ji galėtų sukalibruoti savo tiesinį ryšį, kad nustatytų atstumą iki bet kurios kefeido kintamos žvaigždės. Vėlyvoje paauglystėje Harlowas Shapley'as sukalibravo Leavitt'o įstatymą, todėl maždaug po dešimties metų jį galėjo naudoti Hablas. Priežastis, kad Hablas galėjo pasinaudoti Leavitto įstatymu, buvo ta, kad jis buvo naujo 100 colių Hookerio teleskopo Mt. Wilsonas Kalifornijoje. Pirmą kartą jis sugebėjo atskirti atskiras žvaigždes Andromedos galaktikoje. Laimei, Andromedoje jis rado keletą cefeidų. Svarbus Hablo darbas čia yra tai, kad jis pirmą kartą galutinai parodė, kad Andromeda nebuvo mūsų Paukščių Tako galaktikos dalis, o visiškai atskira galaktika ir „salos visata“. Šiandien mes žinome, kad Andromedos galaktika yra nutolusi maždaug 2,2 milijono šviesmečių. Palyginkite tai su Paukščių Tako spinduliu, maždaug 50 000 šviesmečių, ir pamatysite, koks fenomenalus buvo jo atradimas.
Atsakė: Robertas Mahoney, M. S., „Magellica Inc.“ prezidentas.

'The true spirit of delight, the exaltation, the sense of being more than Man, which is the touchstone of the highest excellence, is to be found in mathematics as surely as in poetry.'


Ask Ethan #4: Weird Astronomy Maps

So just because the Ask Ethan series is becoming way more popular than I can handle -- I've got more than 200 questions that I'm sitting on by now -- doesn't mean you should stop sending your questions! There are some really good ones, and today's comes from Robert Plotner, who asks:

When maps of the CMB are depicted, they are shown as a flattened ovoid. How does this correlate to our view of the sky which is a sphere? For example, a global map of the Earth is either distorted to show it in two dimensions or sliced up. What actual part of the sky are we looking at when we see the CMB represented? Is it distorted to show it in two dimensions? If we are only seeing part of the sky represented, is there any missing information that could add to our understanding? Thank you.

Robert, of course, is talking about the famous pictures that look like this:

It might seem difficult to believe, but as unconventional as it may seem, there's actually the entire sky encoded in that image.

Think about the Earth, if you will.

A map like this is probably what you're used to when you visualize the Earth. Maybe if you live in the USA, you're used to the Americas being centered maybe if you live in the U.K., you're used to the map being centered just so that France is cut off of both the left and right sides. In any case, this is the most common styling of maps of Earth that you're likely to find.

It's also wildly inaccurate. You might be surprised to learn that Africa is more than double the size of Antarctica, that South America is actually larger than Russia, and that Australia is more than three times the size of Greenland! This is due to the fact that the Earth nėra a flat, 2D surface the surface of the Earth resides on a sphere!

But if you take the surface of a sphere and try to "unroll" it, or create a flat surface out of it, it doesn't work out nicely at all! Don't believe me? Take an orange, peel it (carefully), and try to lay the peel down flat on a level surface. Chances are, if you do a tikrai good job, you'll end up with something like this.

The problem is, when you take a spherical surface and try to lay it out flat, something's going to give.

If you insist on making a flat map like you're used to seeing for the surface of the Earth, you can make a completely connected map with nice grid-like (perpendicular) latitude and longitude lines, but you have to sacrifice the accuracy of area. (That type of map projection is called a Mercator projection.)

You can keep the accurate area and the perpendicular latitude/longitude lines if you're willing to give up connectedness, like the Goode homolosine projection, above.

Or, you can do some sort of compromise, keeping a connected map with perpendicular latitudes/longitudes but compressing latitudes the higher they get, getting you closer to equal areas (but not quite there), as you can see below.

None of these are entirely satisfying, and they couldn't possibly be! It's impossible to keep perpendicular latitude/longitude lines, accurate areas, and a completely connected map without sacrificing something that's because the surface of a sphere nėra flat, and it's impossible for it to be accurately laid flat.

This is true for a map of the (almost plenispherical) Earth, and it's true when we look up at the heavens, too.

So whenever we go to visualize the visas sky and present it in a two-dimensional format, we've got to sacrifice something. The only question is what it's going to be!

Because size (or area) in astronomy is taip important, that can't be something we sacrifice. It's also important to keep everything visually connected, because there are no gaps in space. So we wind up sacrificing the perpendicularity of latitude and longitude (or declination and right ascension, as we call their analogues in astronomy), and lose the accuracy of angles and shapes in order to preserve the things that are important to us. We galėjo (but don't usually) do the same thing to Earth!

This particular projection is known as a Mollweide projection, and if you remember those three things I told you about the Earth earlier:

  • that Africa is more than double the size of Antarctica,
  • that South America is actually larger than Russia, and
  • that Australia is more than three times the size of Greenland,

they're probably much easier to believe looking at a projection like this! Well, tai is what we do to the sky -- or simply how we project it -- when we present it in a 2D visualization!

So rather than show you a shot of the galaxy like this, which is only part of the sky.

we show you the whole thing, as shown in a galacto-centric Mollweide projection!

When we look in the microwave portion of the spectrum, like the Planck spacecraft did, it sees everything from all the sources in the sky, including the galactic foregrounds, the zodiacal light and dust, as well as the primordial, cosmic light from the Big Bang.

And finally, when we subtract out those galactic foregrounds, the "average" 2.725 K blackbody temperature.

the CMB dipole, or our peculiar motion through the Universe,

We then break that up into its different components (using spherical harmonics), analyze it, and that's how we learn about the Universe! But we do visi of it in a Mollweide projection, and that's why the maps of the sky appear in the shape they do! But there's nothing missing you're seeing the whole sky all at once. It just takes a little getting used to.

So keep sending your questions, and I'll keep teaching you about the Universe, or whatever it is you're asking about!


EAAE Online


  1. The plural may be used in Hebrew not only to express a number of individuals or separate objects, but also may be used to denote them collectively. As such, the plural may be used to express a combination of various external constituent parts (referred to by Gesenius as “plurals of local extension”). Regarding the plural ending, both of the abundantly common nouns שָׁמַיִם and מַיִם (“water”) have the appearance of a dual form. However, in both cases the original plural ending -īm has been reduced to -im under the influence of the stress. See Koehler and Baumgartner (2001, s.v. שָׁמַיִם ) Gesenius (2006, §88d) and Joüon and Muraoka (2006, §91f).
  2. Though Jerome could read Hebrew, it seems (at least in some cases) that he deferred to the Septuagint when attempting to translate more obscure words (and rāqîaʿ certainly classifies as such, with only 17 occurrences in the Old Testament).
  3. Cassuto (1961, 21) further notes on verse 2 that “Whenever the subject comes before the predicate, as here, the intention of the Bible is to give emphasis to the subject and to tell us something new about it see, for instance, iii 1: Now the serpent was cunning, etc. (the serpent had not previously been mentioned by name, but was merely implied in the general term beast of the field—ii 19, 20). But in most cases, including our own, the subject has already been mentioned earlier, and the verse comes to focus the reader’s attention on it e.g. iv 1, 18 (four times) vii 16, 19 x 8, 9, 13, 15, 24, 26 xi 12, 14 xiii 17, 18 xx 4, xxi 1 xxii 23 etc., etc. It is though Scripture said: ‘As for this subject, I have to tell you that this is what happened, or what he did, or what befel [sic] him’. Here, too, the meaning is: ‘As for the earth alluded to in the first verse, I must tell you that at the beginning of its creation, it was without form or life,’ etc. In v. 1 the heavens come first, because in referring to the two parts of the universe together, the more important part must be given precedence but when the Bible proceeds to describe the work of creation in detail, the earth, which was created first, is mentioned first, whereas the heavens are dealt with in the second paragraph.” This shows the biblical author’s special focus on the earth.
  4. Concerning the example given from 1 Kings 18:30ff. , Young (1999, 11) observes that “ Verse 30b is the general statement of repairing the altar. The detailed account begins in verse 31 . The first verb in the detailed account is וַיִּקַּח ( verse 31 ). Grammatically, this verb does not follow וַיְרַפֵּ֛א of verse 30 . The order is not, ‘First, Elijah repaired the altar, and then he took twelve stones.’ Verse 30b is a narrative unit, complete in itself verses 31ff. constitute another narrative unit, the first verb of which is וַיִּקַּח .”
  • Mokslas
  • What Is Science?
  • Astronomija
  • Biology
  • Chemistry
  • Environmental Science
  • Fossils
  • Genetics
  • Geology
  • Human Body
  • Mathematics
  • Physics

Submit a Paper

High-quality papers for Answers Research Journal, sponsored by Answers in Genesis, are invited for submission.

  1. Read the Instructions to Authors Manual (PDF).
  2. Email papers, diagrams, tables, etc. to the email address listed in the Manual.

Answers in Genesis is an apologetics ministry, dedicated to helping Christians defend their faith and proclaim the good news of Jesus Christ.