Sterrekunde

Wat is die fisika van die bydrae tot die "draaiende stof" tot die kosmiese mikrogolf-agtergrondmetings?

Wat is die fisika van die bydrae tot die


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.

Die langdurige artikel Negenjarige Wilkinson-mikrogolfanisotropie-sonde (WMAP) Waarnemings: finale kaarte en resultate noem "draai stof" ongeveer 51 keer. Dit is 'n potensiële bydraer tot die gemete spektrum en die besonderhede van die emissiespektrum het meer as een voorgestelde model.

vraag: Is daar 'n eenvoudige manier om die fisika agter die emissiespektrum van spinende stof en hoe dit sou verskil nie-draaiende stof?


"Stofstof" is 'n meganisme wat voorgestel word om 'n spesifieke kenmerk in die voorgrond-uitstoot van CMB te verklaar; 'n hobbel rondom $ nu sim20 , mathrm {GHz} $.

Stofkorrels kry lading deur foto-elektriese emissie en botsings met elektrone en ione (Draine & Lazarian 1998). Soos die stof sê, as die stof 'n swak geleier is, sal die ladings oor die algemeen oneweredig versprei word, wat veroorsaak dat klein stofkorrels 'n elektriese dipoolmoment $ mathbf { mu} $ vertoon. Maar die molekules waaruit die korrels bestaan, kan self 'n dipoolmoment hê, en selfs 'n perfekte geleier sal oor die algemeen die lading sentroïed van die massasentroid verdring (Purcell 1975).

Botsings en bestraling kan veroorsaak dat die korrels begin draai, en in die teenwoordigheid van magnetiese velde (wat baie algemeen in die interstellêre medium voorkom) veroorsaak hierdie draai weer dat die deeltjies straling met 'n krag $ P $ uitstraal, volgens die formule van Larmor wat vir 'n roterende dipool geskryf kan word as: $$ P = frac {2} {3} frac { mu_ perp ^ 2 omega ^ 4} {c ^ 3}. $$ Hier is $ mu_ perp $ die komponent van $ mu $ loodreg op die rotasie-as, $ omega $ is die hoekfrekwensie van die rotasie, en $ c $ is die snelheid van die lig.

Die uitgestraalde straling stem ooreen met die rotasiefrekwensie wat in die (tientalle) GHz-gebied lê, wat ooreenstem met golflengtes in die mikrogolfgebied.

Daarteenoor sal die bestraling van nie-draaiende stof termies wees en dus in die infrarooi lê.

Die vraestel waarna u skakel (Bennett et al. 2013) toon die verskil in Fig. 22 (hoewel warmtebestraling buite die waarnemingsgebied van WMAP piek): Die draaiende stof is ongeveer $ nu sim20 , mathrm {GHz} $ , terwyl die termiese straling ongeveer $ nu sim2 , 000 , mathrm {GHz} $ bereik.

Let daarop dat spinende stof ook warmtestraling uitstraal, en dat termiese skommelinge in die korrels in werklikheid veroorsaak dat die ladings redelik vinnig rondskuif, wat $ mu_ perp $ en $ omega $ verander (Hoang et al. 2015), wat dus effektief uitsmeer die spektrale lyne.

'N Simmetriese stofkorrel sal waarskynlik deur deeltjies / fotone gemiddeld soveel van die een kant as van die ander kant getref word. Purcell (1975) stel 'n meganisme voor om 'n asimmetriese korrel te versnel. Hieronder is Figuur 1 uit sy referaat. 'N Deeltjie wat in 'n konkaviteit toeslaan, is meer geneig om twee keer met die korrels te kommunikeer. As die gas kouer is as die graan, sal dit verhit word en die graan met 'n groter snelheid laat as wat dit binnegedring het, wat veroorsaak dat die graan in die figuur linksom draai. as die gas warmer is (wat meer dikwels die geval is), sal die korrel kloksgewys laat draai.


Kosmiese inflasie

Kosmiese inflasie is 'n vinniger uitbreiding van die heelal wat baie ander voortgebring het.

Inflasie is uitgevind om 'n paar kenmerke van die heelal te verklaar wat regtig moeilik is om daarsonder te verklaar. Die eerste is dat die algemene relatiwiteitsteorie van Einstein beroemd maak dat die ruimte ruimte en tyd buig - dus sou u verwag dat 'n heelal soos ons, wat massa bevat, op die een of ander manier oorhoofs gebuig sal word, of op sigself soos 'n bal ('positiewe' kromming) ) of soos 'n saal op sigself ("negatiewe" kromming).

Eintlik is dit amper plat. Nie net dit nie, maar selfs stukke daarvan, ver in verskillende rigtings, soos waargeneem vanaf die aarde, het ongeveer dieselfde temperatuur, alhoewel daar in 'n uitbreidende heelal nie tyd sou gewees het om hitte tussen hulle deur te trek tot selfs dinge nie. Dit lyk na 'n naakte aanval op die wette van termodinamika.

Kosmiese inflasie los hierdie probleme met 'n slag op. In sy vroegste gevalle het die heelal vinniger uitgebrei as die lig (die snelheid van die lig is slegs van toepassing op dinge binne die heelal). Dit het rimpels uitgestryk in sy vroeë chaotiese self en het beteken dat selfs nou verafgeleë dele eens in noue kontak was, sodat die hitte kon verwissel.

Advertensie

Inflasie is nou 'n ingeboude stuk van ons standaardverhaal van kosmiese evolusie. Maar dit is steeds kontroversieel. In 2014 beweer navorsers dat rimpels van inflasie op die kosmiese mikrogolfagtergrond gesien is. Maar dit was verkeerd, en dit is nie duidelik wat die vroeë heelal in elk geval sou laat opgeblaas het nie. Erger nog, inflasie is baie moeilik om te stop, wat 'n veelvoud van heelal met oorsaaklike ontkoppeling skep wat ewig van mekaar afkom.

Een uitweg kan wees om die konstante snelheid van die lig te verswak. As die spoed van die lig in die vroeë heelal vinniger was, sou dit ook die temperatuurprobleem verklaar. Miskien is die lig nou besig om te vertraag, net teen 'n tempo wat selfs vir ons sensitiefste detektore onmerkbaar is.


Ons fakulteit

Rupert CroftDie navorsingsbelangstellings is in berekeningskosmologie, wat beide simulasies en die ontleding van data uit groot opnames insluit. Dit sluit die fisika van die intergalaktiese medium in en die gebruik daarvan as 'n sonde vir kosmologie en die vorming van sterrestelsels en kwasare. Hy neem deel aan die SDSS-opnames van sterrestelsels en kwasarabsorpsielyne wat donker energie beperk, en maak die eerste meting van die intensiteitskaarte van strukture deur gebruik te maak van optiese emissielyne. Croft werk ook aan die re-ionisering van die heelal, en hoë rooiverskuiwingstelsels, sowel as nuwe kosmologiese sondes van gewysigde swaartekrag, soos swaartekrag-rooi verskuiwings en ander relativistiese effekte wat pas begin meet word aan sterrestelsels en grootskaalse strukture. Hy maak gebruik van die McWilliams Sentrum se hoëprestasie-rekenaarfasiliteite, insluitend die Warp- en Coma-groepe, om SDSS-data te analiseer en kosmologiese hidrodinamiese en stralingsoordrag-simulasies uit te voer.

Tiziana Di Matteo is 'n teoretikus met kundigheid in beide hoë-energie astrofisika en kosmologie. Haar belangstellings fokus op moderne kosmologiese simulasies van sterrestelselvorming, met spesiale klem op die modellering van die impak van swart gate op struktuurvorming in die heelal. Haar navorsing maak baie gebruik van hoëprestasie-rekenaars. Onlangs het sy 'n poging aangewend om simulasies van uniek groot volume en hoë resolusie uit te voer om die vorming van die eerste groot sterrestelsels en kwasars tydens die kosmiese aanbreek van die heelal te bestudeer. Hierdie eerste bevolking sterrestelsels en swart gate sal met die volgende generasie teleskope (Euclid, JWST en WFIRST) ondersoek word. Groot hidrodinamiese kosmologiese simulasies bied die direkte verband tussen die baroniese komponent en donker materie en word bruikbaar in alle stadiums van groot waarnemingsprojekte in die kosmologie. Di Matteo is 'n lid van die LSST Dark Energy Science Collaboration.

Scott Dodelson stel belang in die leer oor fundamentele fisika deur data uit kosmiese opnames te ontleed. Astrofisici het 'n opvallend suksesvolle kosmologiese model saamgestel, maar dit vereis drie nuwe stukke fisika: donker materie, donker energie en inflasie. Sy persepsie oor die doel van kosmologie gedurende die komende dekade is om soveel moontlik inligting uit toenemend sensitiewe opnames te haal om oor hierdie nuwe fisika te leer: Wat is die donker materie? Is die donker energie vakuum-energie? As dit so is, waarom het dit so 'n eienaardige waarde? Het inflasie regtig gebeur? As dit so is, is daar enige manier om die velde wat inflasie gedryf het, te koppel aan diegene waarvan ons vandag weet?

Fred GilmanOns navorsing is in die teoretiese deeltjie-fisika, veral in die begrip van die aard van CP-oortreding, wat 'n vereiste bestanddeel is om die oorheersing van materie bo antimaterie in die heelal te verklaar. Saam met donker materie, donker energie, die veld (e) wat verantwoordelik is vir inflasie, en neutrino-massas, dui hierdie fundamentele vrae oor die aard van die heelal op fisika buite die standaardmodel. Gilman is 'n lid van LSST Dark Energy Science Collaboration vanaf die tydstip dat dit ontstaan ​​het. Hy is die voorsitter van die AURA Bestuursraad vir die LSST (AMCL), die komitee wat toesig hou oor die konstruksie en inbedryfstelling van die LSST-projek, en is 'n lid van die Raad van Direkteure van die Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) .

Shirley Ho is 'n kosmoloog wie se belangstelling wissel van teorie tot waarnemings, en wie se navorsing simulasies en ontledings van grootskaalse strukture behels deur middel van nuwe tegnieke wat ontwikkel is in masjienleer en statistiek. Met grootskaalse struktuur en die kosmiese mikrogolfagtergrond probeer sy die begin van die heelal en sy evolusie, die donker komponente daarvan (donker energie en donker materie) en die ligte, ontwykende neutrino's verstaan. Haar onlangse navorsing fokus op die gebruik van 'n standaardliniaal genaamd Baryon Acoustic Oscillations via verskillende grootskaalse struktuuropspoorders, soos die 3D-groepering. Op hierdie manier speel sy hoofrolle in grootskaalse struktuuranalises in die SDSS-III-, SDSS-IV- en Large Synoptic Sky Telescope-samewerking (in die besonder binne die LSST Dark Energy Science Collaboration). Daarbenewens is sy 'n lid van die toekomstige opnames van Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) en Euclid.

Tina KahniashviliDie navorsingsgebiede sluit in ondersoek na fisiese prosesse in die heelal in baie vroeë tydperke, asook laat tye. In die besonder bestudeer sy (i) fundamentele simmetrie-toetse met baie hoë energieë (vroeë tydperke van die uitbreiding van die heelal) deur gebruik te maak van die huidige beskikbare data van astrofisiese, kosmologiese en deeltjie-fisika-eksperimente oorgange) (iii) CMB-skommelinge buite standaard kosmologiese modelle. Sy is geïnteresseerd in alternatiewe scenario's om die versnelde uitbreiding van die heelal te verduidelik, soos veranderings aan algemene relatiwiteit (veral massiewe swaartekragmodelle). Sy werk ook aan kosmologiese magnetiese velde en die oorsprong, evolusie en waarneembare handtekeninge van oorspronklike onstuimigheid.

Rachel MandelbaumDie navorsingsbelangstellings is hoofsaaklik op die gebied van waarnemingskosmologie en sterrestelselstudies. Hierdie werk sluit in die gebruik van swak gravitasie-lens- en ander ontledingstegnieke, met projekte wat wissel van die ontwikkeling van verbeterde data-analise-metodes, tot die werklike toepassing van sulke metodes tot bestaande data. Tans fokus sy op data van die SDSS (insluitend SDSS-III en die deurlopende SDSS-IV) en Hyper-SuprimeCam (HSC), en werk sy aan komende opnames, waaronder LSST, Euclid en WFIRST.

Jeffrey Petersonse groep voer kosmologiese waarnemings uit met behulp van die 21 cm emissielyn van neutrale waterstof. Die groep was baanbreker op die gebied van 21-cm Intensity Mapping met behulp van bestaande teleskope om die eerste opsporing van kosmiese struktuur by rooi verskuiwings naby een te maak. Die span dra nou by tot die ontwerp van pasgemaakte 21 cm-teleskope in Kanada, Mexiko en China. Tans lei Peterson die RF-ontwerpprogram vir die HIRAX-teleskoop in Suid-Afrika, 'n reeks van 1024 ses meter skottelgoed wat vir die Suid-Afrikaanse Radiosterrekunde-reservaat beplan word. Hierdie teleskoop sal die kosmiese struktuur in kaart bring van rooi verskuiwing 0,8 tot 2,5, wat 'n skerp toets van modelle van Dark Energy moontlik maak. Hierdie teleskope kan ook gebruik word om die geheimsinnige, seldsame Fast Radio Bursts te bestudeer. Die span het onlangs berig dat die eerste oortuigend ekstra-galaktiese radiostoor ontdek is.

Carl Rodriguez is 'n teoretiese en berekenende astrofisikus wat die dinamika van sterre, swart gate en die swaartekraggolwe wat dit skep, bestudeer. Met behulp van 'n wye verskeidenheid tegnieke, van versteuringsteorie tot superrekenaarsimulasies, bestudeer hy die vorming en evolusie van meestersterstelsels soos binêre sterre, drievoudige sterre, bolvormige trosse en kernsterretrosgroeperings. Hierdie stelsels is uniek doeltreffend om binêre swart gate en ander samesmeltende voorwerpe te produseer, en het moontlik baie, indien nie die meerderheid, van die swartgatbotsings opgelewer wat deur die LIGO / Virgo-gravitasiegolfdetektore opgespoor is nie. Rodriguez is breed geïnteresseerd in algemene relatiwiteit, swart gate en gravitasiegolf-astrofisika, en hoe hierdie nuwe ontdekkings ons begrip van sterfisika en kosmologie kan inlig. Hy stel ook belang in die vorming, evolusie en vernietiging van sterretrosse in sterrestelsels, en hoe ons dit beter kan verstaan ​​deur teorie en waarnemings.

Hy Trac is 'n teoretiese en berekenende kosmoloog waarvan die wetenskaplike belangstelling kosmiese evolusie en struktuurvorming insluit. Sy werk sluit die ontwikkeling en toepassing van numeriese simulasies in om die waarneembare heelal te modelleer en te interpreteer. Hy ontwikkel tans 'n nuwe hidrodinamiese kode sonder maas. In die kosmologie is hy veral geïnteresseerd in komplekse probleme wat die gas, sterre, sterrestelsels, kwasars en trosse sterrestelsels insluit wat inligting verskaf oor die onderliggende donker materie en donker energie. In die astrofisika wil hy veral werk aan ster- en planeetvorming en die ontwikkeling van planetêre atmosfeer. Hy werk ook saam met kundiges en statistici oor masjienleer om moderne benaderings toe te pas om data-analise en numeriese simulasies vir multi-golflengte te verbeter. Hy is lid van die Atacama Cosmology Telescope (ACT) en Simons Observatory (SO) Collaborations.


Verhouding tot die oerknal:

Die CMB staan ​​sentraal in die Big Bang Theory en moderne kosmologiese modelle (soos die Lambda-CDM-model). Soos die teorie lui, toe die heelal 13,8 miljard jaar gelede gebore is, is alle materie op 'n enkele punt van oneindige digtheid en uiterste hitte gekondenseer. As gevolg van die uiterste hitte en digtheid van materie was die toestand van die heelal baie onstabiel. Skielik het hierdie punt begin uitbrei, en die heelal, soos ons dit ken, het begin.

Op die oomblik was die ruimte gevul met 'n eenvormige gloed van witwarm plasma deeltjies & # 8211 wat bestaan ​​uit protone, neutrone, elektrone en fotone (lig). Tussen 380 000 en 150 miljoen jaar na die oerknal het die fotone voortdurend met vrye elektrone verkeer en kon hulle nie lang afstande aflê nie. Daarom word hierdie era in die volksmond die & # 8220Dark Ages & # 8221 genoem.

Namate die Heelal verder uitgebrei het, het dit afgekoel tot op die punt waar elektrone met protone kon kombineer om waterstofatome te vorm (ook bekend as die rekombinasieperiode). In die afwesigheid van vrye elektrone kon die fotone ongehinderd deur die Heelal beweeg en dit het begin lyk soos vandag (dws deursigtig en deurtrek deur lig). Gedurende die tussenliggende miljarde jare het die Heelal steeds uitgebrei en baie afgekoel.

As gevolg van die uitbreiding van die ruimte het die golflengtes van die fotone gegroei ('rooi verskuif' geword) tot ongeveer 1 millimeter en hul effektiewe temperatuur het afgeneem tot net bokant absolute nul & # 8211 2,7 Kelvin (-270 ° C -454 ° F). Hierdie fotone vul die heelal vandag en verskyn as 'n agtergrondgloed wat in die ver-infrarooi en radiogolflengtes opgespoor kan word.


Kosmiese mikrogolfagtergrond

Daar is baie verhale oor hoe die heelal of die wêreld begin het. Een van die beste voorbeelde is dat daar volgens die Bushongo-stam in Sentraal-Afrika aan die begin net donkerte, water en die groot God Bumba was. Op 'n dag gooi Bumba die maagpyn die son uit !! Die water het deur die son opgedroog en land verlaat. Net so het hy die maan, planete, ens. Uitgebring ... Dit is een van die verhale oor hoe die heelal gebore is.

13,8 miljard jaar gelede, toe die heelal gevorm het, het baie mutasies plaasgevind as gevolg van die oerknal. Die kosmiese mikrogolfagtergrond wat deur kosmoloë ook as CMB verkort word, is eintlik 40 000 jaar voor die oerknal gevind. Die kosmiese mikrogolfagtergrond (of CMB) het aanvanklik net die oorblywende hitte-uitstraling van die oerknal verstaan, of die tyd toe die heelal gevorm het. Die kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling, of kortweg CMB-straling, is 'n net flou liggloed (of straling) wat die heelal vul en op elke aarde met amper eenvormige intensiteit val.

Kosmiese agtergrond:

Soos die teorie lui, het die heelal, inflasie en uitbreiding vinnig toegeneem toe die heelal gevorm is. Een van die interessante feite is dat die heelal selfs vandag nog uitbrei, en dat die uitbreidingskoers anders lyk, afhangende van waar u waarneem (met ander woorde, dit hang af van die verwysingsraamwerk), dit is wat relatiwiteit ons voorstel. Die kosmiese mikrogolfagtergrond verteenwoordig die hitte-uitstraling wat van die oerknal oorbly. Dit is die oorblywende hitte van die skepping, d.w.s. die nagloed van die oerknal, wat die afgelope 13,8 miljard jaar deur die ruimte gestroom het soos die hitte-uitstraling van 'n sonverwarmde rots, wat snags herbestraal is.

Toe die heelal net 'n paar minute oud was, het die oorlewende protone en neutrone weer saamgevoeg om 'n atoomkern te vorm, hoofsaaklik van wat waterstof en helium sou word. Die waterstof en die helium wat op 'n baie vroeë tydstip in die heelal gevorm is, is nog steeds gelaai, dus is die mist onmoontlik om deur te sien. Op hierdie stadium is die mistige materiaal nie anders as wat ons in 'n ster vind nie, maar dit vul natuurlik die hele heelal.

[Beeld sal binnekort opgelaai word]

Na die swaar onbeheerbare optrede van die paar minute se bestaan, bly die heelal vir die paar honderdduisend jaar baie dieselfde, en hou aan om uit te brei en af ​​te koel, en die warm mis word stadiger dunner, dowwer en rooi soos die golflengtes van die lig uitgestrek word. deur die uitbreiding van die heelal.

Na 380,000 jaar, toe die deel van die heelal wat ons uiteindelik van die aarde af gaan waarneem, uiteindelik miljoene ligjare oor die mis word. As gevolg van die elektriese ladings van die elektrone en die kerne wat mekaar uitskakel, word die volledige atome nie gelaai nie, sodat die fotone nou ononderbroke kan beweeg, wat impliseer dat die heelal effens deursigtig is.

Na hierdie lang gewag vir die misopruiming, wat kan ons sien? Slegs vervaagde rooi golflengtes versprei in alle rigtings, wat rooier en dowwer word namate die uitbreiding van die ruimte steeds die golflengtes van fotone rek. Uiteindelik hou ligstraling op om sigbaar te wees in alle rigtings. Die fotone van daardie laaste gloed het gereis en in die ruimte gestrek en selfs geleidelik rooier gelyk, en hierdie fotone word nou as kosmiese agtergrondstraling bespeur en hulle kom steeds vanuit alle rigtings in die lug op aarde.

Kosmiese agtergrondstraling:

Fisika is 'n boeiende onderwerp, en kosmologie laat almal in verwondering deur sy eie merkwaardige inligting rakende die aarde en die heelal. Een van die belangrikste dinge aan die heelal is die elektromagnetiese veld. Dit kom voor in elke dimensie van die heelal; die atome word bymekaar gehou weens die effek van die elektromagnetiese veld. Ons hele lewe funksioneer afhangend van die elektromagnetiese magnetiese veld, nie net op atoomvlak maak selfs lewende dinge soos mense staat op die werking van die elektromagnetiese veld nie. Soveel as wat ons die diepte van die heelal en ruimte ingaan, vind ons soveel fassinerende dinge wat ons sal laat wonder oor elke aksie wat rondom ons gebeur. Is ons heelal nie geheimsinnig nie !!

En in die loop van die soeke na die ruimte en dieper terug in die tyd, het kosmoloë 'n paar wonderlike dinge ontdek. Een van die beste ontdekkings is kosmiese agtergrondstraling. Gedurende die 1960's het sterrekundiges bewus geword van mikrogolf-agtergrondstraling wat in alle rigtings van die ruimte waargeneem kon word, en het dit die Kosmiese Mikrogolfagtergrond (CMB) genoem. Die bestaan ​​van hierdie kosmiese agtergrondstraling het gehelp om ons te begryp hoe die heelal begin het.

Ons kan nie die kosmiese agtergrondstraling met ons blote oog visualiseer nie, maar dit is oral in die heelal aanwesig. Dit is onsigbaar vir mense vanweë die lae temperatuur, die kosmiese agtergrondstraling is so koud dat dit net 2,725 grade bo die absolute nul is, dit wil sê ongeveer minus 459,67 grade Fahrenheit, of minus 273,15 grade Celsius. Dit beteken dat die bestraling die sigbaarste is in die mikrogolfgedeelte van die elektromagnetiese spektrum, daarom staan ​​dit ook bekend as die kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling.

Kosmiese mikrogolfagtergrondstraling:

Dus, wat is kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling? Wat bedoel ons met kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling!

Baie warm hemelvoorwerpe (voorwerpe wat in die ruimte voorkom), soos sterre, kan sigbare lig genereer wat baie lank kan beweeg voordat dit iets tref. As ons snags na die sterre kyk, kan die lig van die sterre al honderde jare rustig deur die ruimte reis. Die lig van die ster tref u oog en kabbelende elektrone in u retina, verander in elektrisiteit wat langs die optiese senuwee na u brein gestuur word en daarom kan ons die ster sien !!

Mense wil al duisende jare die struktuur en aard van die heelal verstaan ​​en probeer om die ware omvang daarvan te bepaal. Maar alhoewel antieke filosowe geglo het dat die wêreld bestaan ​​uit 'n skyf, 'n sigaar of 'n kubus omring deur baie hemelse oseane of 'n soort eter ('n organiese stof), die skilpad wat die heelal vashou en nog vele meer. Later het die vordering van moderne sterrekunde hul oë oopgemaak vir nuwe grense. Teen die twintigste eeu het wetenskaplikes en kosmoloë begin verstaan ​​hoe groot die heelal (en miskien selfs eindeloos) is.

Die heelal brei voortdurend uit en blaas op soos 'n lugballon. Dit impliseer dat die sterre en sterrestelsels in die verte van die aarde af wegbeweeg. As gevolg van hierdie oorgange sal dit sy lig (lig van die hemelliggame) strek as dit deur die ruimte na ons toe beweeg, hoe verder dit beweeg, hoe meer gerek. Hierdie rek sal die voorwerpe rooi van kleur laat vertoon, hoe meer hulle weggereis het, lyk dit rooier, en hierdie effek staan ​​bekend as die rooi verskuiwing.

As die lig ver genoeg beweeg en rooi verskuif, sal die lig nie meer sigbaar wees nie en word dit heel eerste infrarooi en dan mikrogolfbestraling. Dit is hoe 'n uiters kragtige lig wat tydens die oerknal geproduseer word en na ongeveer 13,8 miljard jaar se reis die lig nou waarneembaar is, en dit word opgespoor as 'n vorm van mikrogolf wat uit elke dimensie van die ruimte kom. Hierdie lig word verder genoem met 'n baie kragtige en groot titel Kosmiese mikrogolfagtergrondstraling en dit is niks minder nie as die nasleep van die oerknal self.

Het jy geweet:

Die heelal het geen definitiewe middelpunt of rand nie, en elke deel van die kosmos brei gereeld uit. Dit impliseer dat as ons die klok agteruit laat loop, ons presies kan agterkom wanneer alles 13,8 miljard jaar gelede bymekaar gepak is (alhoewel dit onmoontlik is, maar volgens die kosmosteorie is dit 'n moontlikheid). Omdat elke plek wat ons op hierdie datum in die heelal kan karteer, het dit dieselfde plek 13,8 miljard jaar gelede beklee. Daar was nie 'n plek vir die oerknal nie. In plaas daarvan het dit op 'n enorme manier oral gelyktydig gebeur.

Oerknal verwys in breë trekke na die teorieë van kosmiese uitbreiding en die warm vroeë heelal. Soms sal kosmoloë egter die term gebruik om 'n oomblik te beskryf waarin alles in 'n enkele punt verpak is. Die probleem is dat ons geen waarnemings of teorie het wat daardie oomblik beskryf toe die heelal gevorm is nie, wat behoorlik (indien onbeholpe) die aanvanklike singulariteit genoem word. Die aanvanklike singulariteit is die beginpunt vir die heelal wat ons waarneem (of aanvaar), maar daar was miskien iets wat voorheen gekom het. Die geheimsinnigheid van die heelal is die interessantste deel van die kosmologie.


Materie voeg 'n kinkel by die kosmiese mikrogolfagtergrond

Die kosmiese mikrogolfagtergrond (CMB) is die oudste waarneembare lig in die heelal. Dit gee ons 'n foto van 'n baba-heelal - die heelal 13. 7 biljoen jaar gelede. Maar hierdie antieke momentopname is effens verdraai deur ingrypende aangeleenthede. Terwyl CMB-ligstrale deur die heelal na ons voortplant, het hulle ontelbare hoeveelhede materie teëgekom wat hul rigting effens afgewyk het deur die effek genaamd 'gravitasie-lens'. Sommige aspekte van hierdie lenswerk is al voorheen waargeneem, maar nou het 'n span sterrekundiges wat die 10-meter Suidpoolteleskoop (SPT) gebruik, vir die eerste keer 'n subtiele draai in die polarisasie van die CMB as gevolg van gravitasie-lens opgespoor. Die prestasie, beskryf in Fisiese oorsigbriewe [1], kan lei tot 'n kaart van die verspreiding van materie in die heelal, insluitend die onsigbare donker materie.

Die CMB word dikwels die 'nagloed van die oerknal' genoem omdat dit ontstaan ​​het uit die warm geïoniseerde plasma wat die vroeë Heelal gevul het. Oerdigtheidskommelings in hierdie plasma is aangeteken in die warm en koue kolle wat in die CMB waargeneem is. Die skommelinge het ook hul stempel afgedruk in die polarisasie van die lig. Die laaste interaksie wat CMB-fotone met die plasma gehad het, was elastiese (Thomson) verstrooiing, en dit sou 'n spesifieke polarisasiepatroon gedruk het. Die fisika van die verspreiding van Thomson vertel ons dat as ons na 'n ligring rondom 'n warm of koue kol in die CMB kyk, sal die lig onderskeidelik langs radiale of raaklynlyne gepolariseer word (sien Fig. 1). Aangesien die CMB-lig egter deur 'n knopvormige heelal voortplant, verdraai gravitasie-lens hierdie radiale / tangensiële patrone effens, wat patrone skep wat meer soos wervels lyk [2]. Kosmoloë gebruik 'n analogie met die ruimtelike eienskappe van elektromagnetiese velde en noem die tangensiële / radiale patrone 'elektriese' of E-modus polarisasie, en die draaikolke 'magnetiese' of B-modus polarisasie. Die E-modus polarisasie domineer, met slegs ongeveer 6% van hierdie polarisasie omgeskakel na B-modus deur gravitasie lens. Die DASI-samewerking was die eerste om die oer-E-polarisasie in 2002 op te spoor [3]. Daaropvolgende eksperimente, insluitend NASA se Wilkinson-mikrogolfanisotropie-sonde [4] en die Europese Ruimteagentskap (ESA) se Planck-satelliet [5], het die E-modus polarisasie met toenemende presisie gemeet. B-mode polarisasie het egter tot nou toe ongemerk gebly.

Die SPT-samewerking (Hanson et al.) het daarin geslaag om die dowwe sein van B-modus polarisasie in die CMB te onttrek deur gebruik te maak van 1176 en 360 polarisasie-sensitiewe bolometers wat onderskeidelik op 2 - en 3-millimeter golflengtes werk. Om besoedeling as gevolg van instrumentele polarisasie en verskillende sistematiek te verminder, het hulle hul B-modus polarisasie sein vergelyk met 'n voorspelling van die lenseffek gebaseer op sterrestelseltellings. Sterrestelsels vorm in digte streke sodat hulle ons kan vertel waar die materie-digtheid hoog is, maar dit gee slegs 'n deel van die verhaal, aangesien 80% van die materie in die heelal onsigbare donker materie is. Sterrekundiges benodig daarom ingewikkelde modelle om sterrestelsels waar te neem in 'n totale materieverdeling oor die lug. Die SPT-samewerking fokus op 'n bepaalde klas sterrestelsels, wat baie warm stofkorrels bevat wat lig op golwe van submillimeter uitstraal. In vorige werk het die navorsers beelde van die Herschel-satelliet van ESA gebruik om hierdie stowwerige sterrestelsels te identifiseer en toe getoon dat hulle die totale materiaal langs 'n siglyn kon skat met behulp van die sterrestelseldata [6]. Hulle gebruik nou hierdie 'materiaalkaart' om die hoeveelheid gravitasie-lens en die effek daarvan op die E-modus polarisasie wat hulle meet, te voorspel. Hierdie proses lewer 'n kaart van B-modus polarisasie wat verwag kan word op grond van die sterrestelseltellings. Toe die samewerkingskruis die voorspelde en gemete B-modus polarisasie kaarte korreleer, het hulle 'n hoë vlak van korrelasie tussen hierdie twee kaarte bespeur teen die statistiese beduidendheid van byna agt standaardafwykings.

Die voordeel van B-moduspolarisasie ten opsigte van die tradisionele manier om sterrestelsels te tel, is dat dit ons 'n getroue kaart van die totale materie, insluitend donker materie, bied, eerder as 'n indirekte skatting wat slegs gebaseer is op die sigbare materie soos sterrestelsels. Die B-modus kaarte kan aanvulling gee op ander metodes om donker materie op te spoor, wat geneig is om die hoeveelheid materie in 'n bepaalde sterrestelselgroep of volgens bepaalde siglyne te meet. Die SPT-samewerking het dus 'n nuwe venster oopgemaak in die era waarin ons uiteindelik donker materie kan sien "vul die intergalaktiese ruimte via gravitasie-lens. Met hierdie nuwe metode hoop kosmoloë om onder andere die massa neutrino's [7] te meet. Aangesien neutrino's baie klein massas het (ongeveer 10 biljoen keer kleiner as die protonmassa), beweeg hulle oor die algemeen te vinnig om in die swaartekragpotensiaal van sterrestelsels te hou. Hulle versprei dus meer eenvormig, wat lei tot 'n gladder verspreiding van die materie wat minder swaartekraglense lewer en dus minder B-modus polarisasie as wat normaalweg voorspel kan word. Volle lugmetings van B-modus polarisasie kan die vlak van gladheid kenmerk en sodoende die neutrino massa skat.

Wat is volgende? Gravitasie-lens is nie die enigste meganisme om B-modus polarisasie te bewerkstellig nie. Ouer rimpels in die ruimte, wat swaartekraggolwe genoem word, kon tydens die vroegste oomblik in die Heelal geproduseer word [8], en hulle kan ook B-modus polarisasie in die CMB produseer [9]. Swaartekraggolf-geïnduseerde B-modusse kan onderskei word van lens-geïnduseerde B-modusse deurdat eersgenoemde op veel groter hoekskale as laasgenoemde moet wissel. Daar word vermoed dat die opsporing van polarisasie van B-modus vanuit die oer-swaartekraggolwe definitiewe bewyse is vir die kosmiese inflasieparadigma, wat sê dat die vroeë heelal 'n periode van vinnige, vinnige uitbreiding ondergaan het direk na sy geboorte en dat die strukture wat ons in die heelal sien soos sterre, sterrestelsels en onsself, is afkomstig van kwantumskommelings wat tydens hierdie inflasie ontstaan. B-modus polarisasie bied dus 'n aanduiding van die fundamentele vraag oor die oorsprong van ons eie heelal. Die opsporing van nie-primêre, lens-geïnduseerde B-modus polarisasie deur die SPT-samewerking is 'n belangrike stap in die rigting van die uiteindelike opsporing van handtekeninge van die oer-swaartekraggolwe as gevolg van inflasie.


Stephon Alexander

Die fisikus en musikant Stephon Alexander het die afgelope twee dekades die wêrelde van teoretiese fisika en jazzmusiek verower. Hy is die skrywer van The Jazz of Physics: The Secret Link Between Music and the Structure of the Universe. He works on the connection between the smallest and largest entities in the universe pushing Einstein's theory of curved space-time to extremes, beyond the big bang with subatomic phenomena. Alexander is a Professor of Physics at Brown University.


Inhoud

1896: Charles Édouard Guillaume estimates the "radiation of the stars" to be 5.6 K. [2]

1926: Sir Arthur Eddington estimates the non-thermal radiation of starlight in the galaxy has an effective temperature of 3.2 K. [1]

1930s: Erich Regener calculates that the non-thermal spectrum of cosmic rays in the galaxy has an effective temperature of 2.8 K. [2]

1931: The term microwave first appears in print: "When trials with wavelengths as low as 18 cm were made known, there was undisguised surprise that the problem of the micro-wave had been solved so soon." Telegraph & Telephone Journal XVII. 179/1"

1938: Nobel Prize winner (1920) Walther Nernst re-estimates the cosmic ray temperature as 0.75 K. [2]

1946: The term "microwave" is first used in print in an astronomical context in an article "Microwave Radiation from the Sun and Moon" by Robert Dicke and Robert Beringer.

1946: Robert Dicke predicts a microwave background radiation temperature of 20 K (ref: Helge Kragh)

1946: Robert Dicke predicts a microwave background radiation temperature of "less that 20 K" [ opheldering nodig ] but later revised to 45 K (ref: Stephen G. Brush).

1946: George Gamow estimates a temperature of 50 K. [2]

1948: Ralph Alpher and Robert Herman re-estimate Gamow's estimate at 5 K. [2]

1949: Ralph Alpher and Robert Herman re-re-estimate Gamow's estimate at 28 K.

1960s: Robert Dicke re-estimates a MBR (microwave background radiation) temperature of 40 K (ref: Helge Kragh).

1965: Arno Penzias and Robert Woodrow Wilson measure the temperature to be approximately 3 K. Robert Dicke, P. J. E. Peebles, P. G. Roll and D. T. Wilkinson interpret this radiation as a signature of the Big Bang. [2]


Big Bang Theory and CMB

The Big Bang Theory is a hypothesis concerning the emergence and evolution of our universe. According to the theory, the origins of the universe can be traced back to a finite time in the past where the entirety of it was packed into a space of incredibly high density and temperature. It is referred to as the birth of the universe, as the laws of the universe that we know today started coming into existence along with the expansion of space.

The universe was extremely dense and hot in the initial stages (Photo Credit : VectorMine/ Shutterstock)

After the singularity, our universe went through various phases. Initially, the density was very high and the temperature was far too hot for the building blocks of matter to form. For instance, in these early stages, the size of the universe was about one hundred-millionth the size of the universe today and the temperature was 273 million degrees above absolute zero (absolute zero is the lowest temperature that is theoretically possible&mdashZero Kelvin). The density of matter was equally ridiculous back then, about the same as the density of air at the surface of Earth.

CMB is radiation that is a remnant of the tremendous heat of the universe&rsquos infancy. This heat did not let atoms form in the earlier stages, so they were subsequently broken down into photons and electrons. Thus the cosmic microwave background photons simply scattered off the electrons and the photons aimlessly wandered as &ldquooptical light wanders through a dense fog&rdquo.

The universe cooled down enough for atoms to form, but the wandering photons didn&rsquot interact with the hydrogen atoms and instead started traveling in straight lines. The universe became more transparent and the last photons hit matter at this time. This was 380,000 years after the Big Bang and we know this because, as we study the CMB today, it can be dated back to this time after the universe&rsquos opacity became radiation.

CMB goes back to 380,000 years after big bang (Photo Credit : Designua/Shutterstock)

This epoch is also known as &ldquothe last scattering&rdquo, analogous to how we can see through the air to the clouds, but not past the dense clouds. Thus, cosmologists can see far back to the beginning of the universe, but only after the last scattering and the apparent opacity of the universe.

The last scattering (Photo Credit : NASA)


  1. According to Alpher’s son (Alpher 2012), Gamow originally opposed the prediction of the CMB. The younger Alpher attempted to set the record straight on a number of issues dealing with the history of predictions of the CMB.
  2. While the distance traveled by the photons since last scattering is on the order of 13.8 billion light years, due to intervening expansion the distance today is far more than 13.8 billion light years.
  3. Of course, this assumes no other possible explanation for the CMB. By this reasoning, the CMB disproves biblical creation, because there is no age of decoupling in biblical creation either.
  4. Some may complain that I have not referenced any here. However, websites frequently change, and it would be a simple matter, once my criticism here is available, that many of the sites that I surveyed would be taken down.
  • Science
  • What Is Science?
  • Sterrekunde
  • 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.