Взгляд на природу нашей вселенной, основанной на BAO

- Света Шринивасан

Руководствуясь Тафим Ахмад Масуди и Сукант Хурана

Насколько велика наша вселенная? Это где-нибудь заканчивается? Это будет продолжаться вечно?

Эти вопросы задавали так много людей, так много цивилизаций на протяжении всей истории. Ответы на них были найдены, и это одни из самых запутанных, но интересных вопросов.

Предоставлено: phys.org

Давайте предположим, что вселенная конечна. Тогда куда пойдет наша рука, если мы вытащим ее с края? Это было задумано греками. Они также чувствовали, что бесконечная вселенная была невозможна. Это оставило их с парадоксом.

В начале 1800-х годов Генрих Облерс утверждал, что вселенная не может быть бесконечной. Потому что, если бы мы смотрели на небо, и если бы оно было бесконечным, то в нашем поле зрения должна быть звезда. Хотя видимый размер может быть крошечным, яркость небольшой поверхности все равно останется постоянной. Если вселенная была заполнена звездами, то и ночное небо тоже должно быть ярким. Поскольку на ночном небе есть темные пятна, вселенная должна быть конечной. Ньютон, обнаружив гравитацию, понял, что это универсальная сила притяжения. Если бы Вселенная была конечной, она была бы подвержена гравитации и рухнула бы на себя.

Согласно Эйнштейну, вселенная должна либо расширяться, либо сокращаться. Его уравнения требовали такого решения. Тем не менее, он вставил константу, называемую космологической константой, которая отменила влияние гравитации в большом масштабе. Он сделал предположение, что вселенная статична, что в итоге стало его самой большой ошибкой.

Большое открытие

В 1929 году Эдвин Хаббл сделал критическое открытие. Он измерил относительные расстояния галактик, измерив яркость переменных звезд Цефеиды. Он также измерил красные смещения этих галактик. График красных смещений и расстояний оказался линейным. Красные смещения увеличивались линейно с расстоянием. Возможным объяснением было то, что вселенная расширяется.

Затем астрономы поняли, что если вселенная расширяется, то в прошлом она должна была быть меньше, а в самое раннее время - просто маленьким пятном. Это объясняет теорию Большого взрыва об эволюции вселенной (skyserver.sdss.org)

Кредит: LiveScience

Судьба Вселенной

Все это обсуждение требует небольшой заметки о судьбе вселенной. Есть три возможных варианта.

Если плотность вселенной больше, чем критическая плотность, гравитация вступит во владение, расширение прекратится, и вселенная рухнет на себя, что обычно называют Большим Хрустом. Такая вселенная является закрытой вселенной.

Если плотность вселенной точно равна критической плотности, то вселенная в основном плоская. Он расширяется, но через очень долгое время скорость расширения становится равной нулю.

Если плотность меньше критической плотности, вселенная продолжает расширяться, это открытая вселенная. Это может привести к большому разрыву.

Что движет этим расширением?

Нет такой точки, называемой центром вселенной, откуда расширяются сущности. Вещи не удаляются от центра, но удаляются друг от друга. Пространство расширяется. Мы не видим этого ни в нашей солнечной системе, ни в значительной мере в нашей галактике, потому что гравитация в таких областях достаточно сильна. Но в космологическом масштабе вещи отходят друг от друга, и скорость, с которой происходит расширение, не постоянна, а растет. Вещи удаляются друг от друга все быстрее и быстрее.

Большая часть нашей вселенной - темная энергия, и говорят, что эта темная энергия является движущей силой расширения.

Кредит: SciTechDaily

Было много недавних разработок, чтобы расшифровать это таинственное явление. Программа «Барионные акустические колебания» и «Спектроскопическое исследование барионных колебаний» (BOSS) достигли значительных успехов.

БАО и квазаров

Барионные Акустические Колебания (BAO) - это замороженные реликвии, оставшиеся от вселенной до развязки. Они являются идеальными правителями для измерения космологических расстояний 21-го века. Представленные оценки впервые прочно укоренились в хорошо понятной линейной физике. (Брюс и Рене)

Ранняя вселенная состояла из горячей плотной плазмы. Это включало барионы и электроны. Барионы - это массивные элементарные частицы, состоящие из трех кварков. Нейтроны и протоны являются барионами (astro.ucla).

Поскольку плазма была настолько плотной, фотоны не могли свободно перемещаться в пространстве, поскольку подвергались рассеянию Томсона, поэтому фотоны по существу были связаны с существующей материей.

Со временем плазма остыла и электроны объединились с протонами с образованием водорода. Поскольку фотоны меньше взаимодействуют с нейтральной материей, они теперь могут свободно перемещаться. Пространство стало прозрачным для фотонов. Фотоны были отделены.

Теперь рассмотрим возмущение, возникающее в плотной области первичной плазмы до того, как произошла развязка. Это содержит темную материю, барионы и фотоны. Плазма однородна, за исключением этой плотной области.

Высокое давление выталкивает барион-фотонную жидкость наружу со скоростью, превышающей половину скорости света. Темная материя взаимодействует только гравитационно и, таким образом, образует центр рассматриваемой области волновой сферы, в то время как барионы и фотоны движутся наружу сферически благодаря давлению. Когда происходит развязка, фотоны отделяются от барионов и покидают движущуюся сферу, быстро истекая. Барионная сфера фиксируется на этом расстоянии, она глохнет, потеряв двигательное давление. При отсутствии взаимодействия между фотонами и барионами единственная сила - это гравитационная сила темной материи, и в результате барионы постепенно начинают тянуться к центру. Равновесие установлено, и, наконец, существуют чрезмерно плотные области как во внешней сфере, так и во внутреннем ядре. Эта внешняя оболочка называется звуковым горизонтом. Они рассматриваются как анизотропии в излучении CMB (космическое микроволновое фоновое излучение) и в пространственном распределении галактик. Эти колебания превратились в сегодняшние стены и пустоты галактик, что означает, что эта шкала барионных акустических колебаний (BAO) видна сегодня среди галактик.

Программа BAO в основном включает в себя поиск трассера поля плотности массы и вычисление его двухточечной функции. Функции в двухточечной функции соответствуют звуковому горизонту. Зная угол, который составляет это расстояние, мы измеряем d (z). Сравнение со значением при z ~ 103 позволяет нам ограничить эволюцию темной энергии (astro.berkeley.edu)

Кредит: www.astro.ucla.edu

Используя спектроскопическое исследование колебаний бариона (BOSS), две команды физиков улучшили понимание учеными таинственной темной энергии, которая движет ускоряющуюся вселенную.

Квазары используются для этой цели. Квазары - это астрономические объекты очень высокой светимости, обнаруживаемые в центрах некоторых галактик, и приводятся в движение газом, который с высокой скоростью движется по спирали в чрезвычайно большую черную дыру. Самые яркие квазары могут затмить все звезды в галактиках, в которых они находятся, что делает их видимыми даже на расстояниях в миллиарды световых лет. Квазары являются одними из самых отдаленных и ярких известных объектов (Британника).

Кредит: Популярная Механика

Сверхмассивные черные дыры, которые питают радиогалактики и квазары, играют заметную роль в эволюции галактик. Квазары окружены пылью. Свет, покидающий галактики, течет сквозь эту пыль, раскрывая отпечаток BAO.

Используя эти данные, астрономы создали самую точную карту галактик в далекой вселенной, открывающую окно в прошлое и, возможно, в темную энергию.

BOSS использует специально разработанный прибор под названием спектрограф на 2,5-метровом телескопе SDSS в обсерватории Apache Point в Нью-Мексико. Целью проекта является наблюдение более миллиона галактик за шесть лет (space.com).

Иллюстрация концепции барионных акустических колебаний, которые запечатлены в ранней Вселенной и до сих пор можно увидеть сегодня в исследованиях галактик, таких как BOSS Credit: sgss3.org

Сравнение спектра мощности галактик SDSS-II LRG и BOSS DR9 CMASS. Сплошные линии показывают наиболее подходящие модели. Предоставлено: Anderson et al. 2012

Эти барионные акустические колебания были теперь измерены в распределении галактик.

Используя акустическую шкалу в качестве физически калиброванной линейки, расстояние по угловому диаметру будет измеряться с точностью до 1% при красных смещениях z = 0,3 и z = 0,55. BOSS также будет измерять распределение линий поглощения квазара и скорость космического расширения H (z). Эти измерения обеспечат сложные тесты для теорий темной энергии и происхождения космического ускорения. (Sdss3.org)

Таким образом, мы видим, что изучение BAO проложило новый путь и новый путь исследования. Они обеспечивают лучшее понимание того, как работает вселенная, ее природа и поведение. День за днем ​​мы медленно, но верно движемся к раскрытию (или «неуниверсальному») истин и чудесных тайн вселенной.

Ссылки

· Https://www.space.com/15101-dark-energy-distant-galaxy-map.html

· Http://www.sdss3.org/surveys/boss.php

· Https://www.space.com/26279-universe-expansion-measurement-quasars-boss.html

· Http://www.astro.ucla.edu/~wright/glossary.html#BAO

· Http://www.loc.gov/rr/scitech/mysteries/universe.html

· Https://edition.cnn.com/2014/04/08/tech/innovation/universe-expansion-astronomers/index.html

· Http://www.astro.ucla.edu/~wright/BAO-cosmology.html

· Http://skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp

· Http://w.astro.berkeley.edu/~mwhite/bao/

· Https://www.britannica.com/science/quasar

· Журнал астрономической истории и наследия, 17 (3), 267–282 (2014), Открытие квазаров и его последствия, К.И. Келлерманн

· Барионные акустические колебания, Брюс А. Бассетт и Рене Хлозек, Dark Energy, под ред. П. Руис-Лапуэнте, 2010