Sterrekunde

Daal die totale energie van die CMBR mettertyd af?

Daal die totale energie van die CMBR mettertyd af?


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.

Daal die totale energie van die CMBR mettertyd af? Sedert sy bestaan ​​het die volume van die heelal (ten minste die sigbare deel) met faktor drie gegroei, dit wil sê, die aantal fotone per volume-eenheid word verminder met faktor 27. Maar die golflengte van hierdie fotone het gegroei met 'n baie groter faktor. U moet dus dink dat die totale energie van al die CMBR-fotone mettertyd minder geword het.


Ja. Die energiedigtheid in die stralingsveld skaal soos $ a ^ {- 4} $, en die volume skaal soos $ a ^ {3} $. Aangesien die totale energie die digtheid maal die volume is, skaal die totale energie soos $ a ^ {- 1} $. Let op dat $ a $ die "skaalfaktor" en $ a = frac {1} {1 + z} $ genoem word, waar $ z $ die rooi verskuiwing is, as ons nou aanneem $ z = 0 $.


Daal die totale energie van die CMBR mettertyd af? - Sterrekunde

Die Sunyaev-Zel'dovich-effek veroorsaak nie net veranderinge in die geïntegreerde spektrum van die CMBR nie, maar veroorsaak ook skommelinge in sy helderheid wat bo-op die skommelinge wat voortspruit uit die vorming van struktuur in die vroeë Heelal, voorkom (Afdeling 1.3). Die hoekskaal van hierdie nuwe strukture in die CMBR sal afhang van hul oorsprong en van die grootskaalse struktuur van die heelal. Beperkings op die manier waarop trosse ontwikkel en 0 is verkry deur die grense vir die skommelingskrag van boogminute-skaal-eksperimente.

Die huidige oorsig konsentreer op die skommelinge wat in die CMBR veroorsaak word deur trosse en superklusters van sterrestelsels, maar 'n diffuse geïoniseerde intergalaktiese medium met onreëlmatighede in digtheid en snelheid, soos dié wat geskep word as grootskaalse struktuur ontwikkel, sal ook beduidende CMBR-skommelinge oplewer. Die bekendste hiervan is die Vishniac-effek (Vishniac 1987), wat te wyte is aan die kinematiese Sunyaev-Zel'dovich-effek van 'n versteuring in die elektrondigtheid in die (gereïoniseerde) diffuse intergalaktiese medium. Besprekings hieroor en ander strukture wat deur onhomogeniteite in die her-geïoniseerde intergalaktiese medium op die oer-spektrum geplaas word, word gegee deur Dodelson & Jubas (1995) vir 0 = 1, deur Persi (1995) vir oop heelalle, en in die oorsig van White et al. (1994).

Cluster Sunyaev-Zel'dovich-effekte kan 'n sterk invloed op die CMBR hê omdat die helderheid van die Sunyaev-Zel'dovich-effek van 'n cluster, anders as 'normale' astrofisiese bronne, onafhanklik is van rooi verskuiwing en nie ly nie ( 1 + Z) -4 vervaag. Dit is omdat die effek 'n breukverandering in die helderheid van die CMBR is, en die CMBR se energiedigtheid self met rooiverskuiwing toeneem as (1 + Z) 4, om die verduisteringseffek van kosmologie uit te skakel. Die geïntegreerde vloeddigtheid van 'n groep by waargenome frekwensie,

in die Kompaneets-benadering, waar j (x) is die Kompaneets spektrale funksie (gedefinieer deur n = y j (x) in vergelyking 59), x = h / kB Trad is die gewone dimensielose frekwensie, en die eerste integraal is oor die soliede hoek van die groep. Vergelyking (129) kan as 'n integraal oor die groepvolume geskryf word

wat vir 'n konstante elektrontemperatuur oor die groep eenvoudig geskryf kan word in terme van die totale aantal elektrone in die groep, Ne, en die hoekdeursnee en helderheidsafstande, DA en DL, soos

Dit dui aan dat die skynbare helderheid van die groep toeneem as (1 + Z) 4 - of, alternatiewelik, dat die vloeistofdigtheid slegs 'n funksie is van intrinsieke eienskappe en die hoekafstand.

As gevolg hiervan, 'n bevolking van trosse met dieselfde Ne en Te, waargeneem by verskillende rooi verskuiwings, sal 'n minimum vloeistofdigtheid vertoon by die rooi verskuiwing van die maksimum hoekdeursnee in daardie kosmologie (Korolyov et al. 1986). Alhoewel dit 'n kosmologiese toets vir 0, in die praktyk vertoon trosse 'n wye verskeidenheid eienskappe en verander dit aansienlik met rooiverskuiwing, sodat dit moeilik kan wees om die gevolge van kosmologie, trospopulasies en trosevolusie te onderskei. Die realiseerbare aantal trosbronne (die histogram van die helderheid van die lug waargeneem deur 'n bepaalde teleskoop met gegewe eienskappe) hang dan af van 'n ingewikkelde mengsel van waarnemingseienskappe van die gebruikte teleskoop, die kosmologiese parameters en die evolusie van die clusteratmosfeer. Nietemin Markevitch et al. (1994) stel voor dat 'n studie van die brontelling by die µJy-vlak (op cm-golflengtes) of op die mJy-vlak (op mm-golflengtes) kan die spektrum van groepmassas beperk (wat die waarde van y), die kosmologiese parameter 0, en die rooi verskuiwing van trosvorming. Met behulp van die resultate van boogminute-skaalmetings van die anisotropie in die CMBR (die OVRO RING-eksperiment Myers 1990, Myers et al. 1993), Markevitch et al. in staat was om stadig ontwikkelende (n = 1 in eq. 128) modelle in 'n oop heelal met 0 -6 10 -5 op subgraadskale (bv. Colafrancesco et al. 1994), maar sommige modelle vir die evolusie van trosse (en trosatmosfere) kan uitgesluit word deur die afwesigheid van groot anisotropieë in die OVRO-data van Readhead et al. (1989), Myers et al. (1993), of ander eksperimente, en sommige kosmologiese parameters kan onder bepaalde modelle uitgesluit word vir die evolusie van trosatmosfeer. Aangesien verskillende modelle heel verskillende voorspellings kan maak vir die hoekpatroon en die amplitude van skommelinge, is daar die potensiaal om die prosesse te bestudeer wat lei tot die ophoping van trosatmosfere deur 'n studie van die mikrogolfagtergrondstraling op die omvang van die hoekskale (boogminuut). tot graad) waarop die cluster sein beduidend moet wees.

As die evolusie van trosse op hierdie manier bestudeer moet word, moet waarnemings van die groep-geïnduseerde Sunyaev-Zel'dovich-fluktuasiepatroon oor 'n wye verskeidenheid hoekskale gedoen word om enige van die modelle te bekragtig of te vervals. ondubbelsinnig. Hierdie reeks hoekskale oorvleuel die besetting van die sterker "Doppler-pieke" in die oer-spektrum van skommelinge, sodat die trossein moeilik is om op te spoor (sien byvoorbeeld die oorsig van Bond 1995). Die trossein is ook 'n belangrike besoedeling van die Doppler-pieke, wat na verwagting 'n nuttige kosmologiese aanwyser sal wees en waarvan die karakterisering 'n belangrike doel is van die komende generasie CMBR-satelliete (MAP en Planck). Gelukkig kan metings van die anisotropiepatroon op verskillende frekwensies gebruik word om Sunyaev-Zel'dovich-effekte wat deur trosse opgelê word en die oerfluktuasie-agtergrond (Rephaeli 1981) te skei: die sensitiwiteit wat nodig is om skoon skeidings te bewerkstellig, is formidabel, maar haalbaar met die huidige basislyn ontwerp van die satelliete se detektore.

'N Illustrasie van hierdie resultate word in Fig. 27 gegee, wat die relatiewe sterkte van die drywingsspektra van oerfluktuasies, die termiese en kinematiese Sunyaev-Zel'dovich-effekte en die bewegende tros Rees-Sciama-effek in 'n -CDM-kosmologie toon. (wat 'n beduidende kosmologiese konstante en koue donker materie behels) met 'n ontwikkelende trospopulasie (Molnar 1998). Alhoewel die besonderhede van die magspektra afhang van die keuse van kosmologie en die fisika van trosevolusie (vergelyk bv. Aghanim et al. 1998), is die algemene kenmerke in alle gevalle soortgelyk. Vir l 3000 word die kragspektrum oorheers deur die sein van die oerstrukture. Die kinematiese effekte Sunyaev-Zel'dovich en Rees-Sciama van die trospopulasie is 'n faktor 10 2 minder belangrik as die termiese Sunyaev-Zel'dovich-effek. Die waarneembare waarneembaarheid van die termiese Sunyaev-Zel'dovich-effek (Afdeling 9) is dus hoofsaaklik te danke aan die sterk nie-gaussiese aard en die verband met trosse wat bekend is deur optiese of X-straalwaarnemings, en nie aan die intrinsieke krag daarvan nie. Toekomstige werk, byvoorbeeld die hele lugopnames wat MAP en Planck gaan uitvoer, sal die spektrale diskriminasie hê om die termiese Sunyaev-Zel'dovich-effek op 'n statistiese basis op te spoor en moet die kragspektra van die termiese Sunyaev-Zel meet. dovich effek op klein hoekskale (l 300 Aghanim et al. 1997 Molnar 1998).

Die sensitiwiteit van die Sunyaev-Zel'dovich-effekspektrum vir kosmologie word geïllustreer in Fig. 28 (Molnar 1998). Variasies van 'n faktor> 10 in die krag van skommelinge geïnduseer deur die termiese Sunyaev-Zel'dovich-effek is duidelik by l > 300: alhoewel dit as 'n kosmologiese toets gebruik kan word, is die posisies en sterkpunte van die Doppler-pieke in die primêre anisotropie-magspektrum kragtiger. Die amplitude van die Sunyaev-Zel'dovich-effekspektrum hang egter af van hoe groepe ontwikkel, en die metings van hierdie kragspektrum oor 'n wye verskeidenheid l moet 'n belangrike toets bied van modelle van die vorming van strukture in die heelal.

Daar word verwag dat superklusters van sterrestelsels, en die gaspannekoeke waaruit superklusters gevorm het, slegs 'n klein bydrae tot die skommelingspektrum sal lewer (Rephaeli 1993 SubbaRao et al. 1994). Die hoekskale waarop die superklusterseine verskyn, is weereens soortgelyk aan die van die Doppler-pieke, en beide frekwensie en hoekbedekking is nodig om die oer- en voorgrondseine te onderskei. *****


Antwoorde en antwoorde

300000 jaar na die oerknal, toe neutrale waterstof gevorm het en die heelal deursigtig geword het.
Elke foton wat voor daardie era geproduseer is, is deur 'n gratis lading geabsorbeer, ons kan hulle nie meer waarneem nie.

Hierdie artikel is waarskynlik een van die beter afbreekpunte in die vroeë heelal-deeltjiesfisika en die betrokke tydperke. Toegegee dat dit 'n bietjie ouer is, sodat sommige idees daarin verander het. Dit maak staat op Suzy. Aanhaling uit die onderstaande artikel

Rekombinasie-era (380 000 jaar daarna):
Waterstof- en heliumatome begin vorm en die digtheid van die heelal daal. Dit is
vermoedelik ongeveer 380 000 jaar na die oerknal plaasgevind het. Waterstof en helium
aan die begin geïoniseer is, d.w.s. dat geen elektrone aan die kerne gebonde is nie
elektries gelaai (+1 en +2 onderskeidelik). Soos die heelal afkoel, word die elektrone
word deur die ione gevang, en word neutraal. Hierdie proses is relatief vinnig (eintlik
vinniger vir die helium as vir die waterstof) en staan ​​bekend as rekombinasie. Aan die einde
van herkombinasie, is die meeste atome in die heelal neutraal, daarom die fotone
kan nou vrylik reis: die heelal het deursigtig geword. Die fotone word reg uitgestraal
na die rekombinasie kan dit nou ongestoord beweeg en is dit wat ons in die kosmiese sien
mikrogolf-agtergrond (CMB) -straling. Daarom is die CMB 'n beeld van die heelal aan die einde van hierdie era

Aanhangsels

Ek weet van die standaardmodel, dit is net omdat ons inderdaad min oor 95% van die heelal weet, dit moeilik is om te verstaan ​​hoe ons so 100% seker kan wees. Ek kan nie aan 'n soortgelyke voorbeeld dink om so min van die geheel te weet nie , maar beweer met sekerheid om soveel te weet.


Mathman sê & quotDark materie straal nie uit of absorbeer dit nie, dus kan dit nie bydra tot CMB nie. Donker energie is 'n eienskap van die ruimte self - geen interaksie met fotone & quot.

Dit is kenmerke wat ons sê hierdie dinge moet hê. Ons weet nie vir seker nie, want ons het nog nooit een gehad om te meet nie.

Ek weet van die standaardmodel, dit is net omdat ons inderdaad min oor 95% van die heelal weet, dit moeilik is om te verstaan ​​hoe ons so 100% seker kan wees. Ek kan nie aan 'n soortgelyke voorbeeld dink om so min van die geheel te weet nie. , maar beweer met sekerheid om soveel te weet.

As 'n kanttekening by hierdie opmerking, ja, daar is nog baie wat ons nog nie oor DE en DM ken nie, sowel as verskeie ander aspekte van die kosmologie. Ons weet baie oor hoe die twee die struktuurontwikkeling van ons heelal beïnvloed. Al is dit deur indirekte invloede. As u besin oor wat die wetenskap ongeveer 100 jaar gelede geglo het, is die vooruitgang geweldig. My skakel het 'n webwerf cosmology101 wat ek geleidelik ontwikkel het met uitstekende historiese skakels.
Verder af is daar skakels wat verband hou met die verklaring van huidige kosmologie volgens die & quotconcordance kosmologie & quot om nie te sê dat daar nie ander lewensvatbare modelle is nie, ek hou verband met LCDM in teenstelling met LQC as gevolg van begripsvlak van die twee wat nie glo nie.

Die artikel & aanhaling Wat u geleer het uit waarnemingskosmologie, kan u veral van nut wees.

Een van die uitdagings van kosmologie is om 'n wye verskeidenheid begrip te hê om die geheelbeeld te verkry. Ingesluit is GR, SR, deeltjiefisika (meer spesifiek QFT) en QM, sowel as ander vertakkings van die wetenskap, soos versteuringsteorie / velde

Die meeste van wat ons kan korreleer oor veral DE en DM, is veral deeltjiefisika en QM. Uit deeltjiefisika kan ons 'n waarskynlike kans korrel wat DM op 'n sekere tydstip gevorm het, sowel as die voorspelde eienskappe daarvan. Van versteuringsteorie kan ons die invloede daarvan op grootskaalse struktuurvorming korreleer.

Die ongelukkige deel is dat die begrip van so 'n wye reeks studies tot baie verkeerde interpretasies lei. (vandaar die rede vir my webwerfontwikkeling, so te sê aan die gang). Die verkeerde interpretasies kan slegs reggestel word deur die regte en huidige begrip van al die betrokke wetenskappe. (gelukkig is hierdie webwerf 'n uitstekende hulpmiddel om te verstaan)

Dit is egter met toewyding moontlik, neem die geloof aan van 'n selfgeleerde kosmoloog, oftewel beginner, tot ??


Isotropie in die kosmiese agtergrond

Afgesien van die klein skommelinge hierbo bespreek (een deel in 100.000), vertoon die waargenome kosmiese mikrogolfagtergrondstraling 'n hoë mate van isotropie, 'n nul-orde-feit wat bevrediging en moeilikheid vir 'n omvattende teorie bied. Enersyds bied dit 'n sterk regverdiging vir die aanname van homogeniteit en isotropie wat algemeen is vir die meeste kosmologiese modelle. Aan die ander kant is sulke homogeniteit en isotropie moeilik verklaarbaar vanweë die "lighorison" -probleem. In die konteks van die kosmiese mikrogolfagtergrond kan die probleem soos volg uitgedruk word. Beskou die agtergrondstraling wat vanaf twee teenoorgestelde kante van die hemel na 'n waarnemer kom. Dit is duidelik dat, ongeag die uiteindelike bronne (warm plasma) van hierdie straling, die fotone, wat teen die snelheid van die lig beweeg sedert hulle uitstoot deur die plasma, nou net die tyd gehad het om die aarde te bereik. Die saak aan die een kant van die hemel kon nie tyd gehad het om met die saak aan die ander kant te "kommunikeer" nie (dit is buite mekaar se lighorison), so hoe is dit moontlik (met betrekking tot 'n waarnemer in die regte rus) raam) dat hulle "weet" om dieselfde temperatuur te hê tot 'n presisie wat een deel in 100.000 nader? Wat verklaar die hoë mate van hoekige isotropie van die kosmiese mikrogolfagtergrond?

'N Meganisme genaamd' inflasie 'bied 'n aantreklike uitweg uit hierdie dilemma. Die basiese idee is dat materie beter beskryf word deur velde as met klassieke middele by hoë energieë. Die bydrae van 'n veld tot die energiedigtheid (en dus die massadigtheid) en die druk van die vakuumtoestand hoef in die verlede nie nul te gewees het nie, selfs al is dit vandag. Gedurende die tyd van superunifikasie (Planck-era, 10 −43 sekonde) of grootse eenwording (GUT-era, 10 −35 sekonde), kan die laagste energie-toestand vir hierdie veld ooreenstem met 'n 'valse vakuum', met 'n kombinasie van massa digtheid en negatiewe druk wat swaartekrag tot 'n groot afstotende krag lei. In die konteks van Einstein se teorie van algemene relatiwiteit, kan die valse vakuum alternatiewelik beskou word as 'n bydrae tot 'n kosmologiese konstante wat ongeveer 10 100 keer groter is as wat dit vandag moontlik kan wees. Die ooreenstemmende afstootlike krag laat die heelal eksponensieel opblaas en verdubbel die grootte ongeveer een keer elke 10 −43 of 10 −35 sekonde. Na minstens 85 verdubbeling sou die temperatuur, wat begin het by 10 32 of 10 28 K, tot baie lae waardes naby absolute nul gedaal het.

Inflasie bied 'n meganisme om die algehele isotropie van die kosmiese mikrogolfagtergrond te verstaan ​​omdat die materie en bestraling van die hele waarneembare heelal in termiese kontak (binne die horison van die kosmiese gebeurtenis) voor inflasie was en daarom dieselfde termodinamiese eienskappe verkry het. Vinnige inflasie het verskillende dele buite hul individuele horisonne gebring. Toe inflasie beëindig is en die heelal weer opgehit en die normale uitbreiding hervat het, het hierdie verskillende gedeeltes deur die natuurlike verloop van tyd weer op ons horison verskyn. Deur die waargenome isotropie van die kosmiese mikrogolfagtergrond word daar nog afgelei dat hulle dieselfde temperature het.

Gegewe die gemete stralingstemperatuur van 2.735 K, kan die energiedigtheid van die kosmiese mikrogolfagtergrond ongeveer 1 000 keer kleiner wees as die gemiddelde rus-energiedigtheid van gewone materie in die heelal. Die huidige heelal word dus deur materie oorheers. As 'n mens terug gaan in tyd na rooi verskuiwing Z, was die gemiddelde aantal digthede van deeltjies en fotone albei met dieselfde faktor groter (1 + Z) 3 omdat die heelal meer saamgepers was deur hierdie faktor, en die verhouding van hierdie twee getalle die huidige waarde van ongeveer een waterstofkern, of proton, sou handhaaf vir elke 10 9 fotone. Die golflengte van elke foton was egter korter met die faktor 1 + Z in die verlede as wat dit nou is, neem die energiedigtheid van straling vinniger toe met een faktor van 1 + Z as die res-energiedigtheid van materie. Dus word die bestralingsenergiedigtheid vergelykbaar met die energiedigtheid van gewone materie met 'n rooi verskuiwing van ongeveer 1000. By rooiverskuiwings groter as 10 000 sou straling selfs oor die donker materie van die heelal oorheers het. Tussen hierdie twee waardes, met 'n rooi verskuiwing van ongeveer 1 090, sou straling van materie ontkoppel het as waterstof herkombineer word. Dit is nie moontlik om fotone te gebruik om rooiverskuiwings groter as dit te sien nie, omdat die kosmiese plasma by temperature bo 4.000 K in wese ondeursigtig is voor herkombinasie. Hierdie fotone met 'n rooi verskuiwing van 1 090 vorm die kosmiese mikrogolfagtergrond.


As u nie 'n ondubbelsinnige definisie het nie, hoe kan u weet of dit bewaar word of nie?

& quotkick die gesprek af & quot is nie 'n goeie manier om 'n slegte vraag op te los nie.

As dit die geval is, het ons ramings van wat dit is.

Ook, as ons dit beraam, wat sal die finale entropie van die heelal in J / K wees?

Die artikel wat hierbo geplaas is, is goed en word aanbeveel. Die maklike antwoord is eenvoudig nee, energie word glad nie bewaar nie. Neem die super eenvoudige voorbeeld van 'n termiese gas van fotone in 'n uitbreidende heelal. Namate die heelal uitbrei, daal die temperatuur van die gas as ## 1 / a ##. En aangesien die energie in 'n volume van 'n termiese gas van fotone eweredig is met ## T ##, daal die energie in die groeiende volume ook.

In 'n klassieke stelsel sou die daling in energie van die warmtebestraling ontstaan ​​deurdat die gas beperk is tot 'n boks en die grootte van die boks groter word. Die termiese straling oefen druk uit op die mure van die boks terwyl dit uitbrei, wat energie van die termiese straling na die mure van die boks oordra. In 'n groeiende heelal is daar geen mure van die boks nie, dus is daar niks om energie in te stort nie. Dit is net weg.

Alhoewel dit vreemd is, werk die wiskunde in hierdie analogie vir enige vloeistof, nie net bestraling nie.

Is dit nie ook so dat die grens (radius) van 'n OE met verloop van tyd vinniger toeneem as die skaalfaktor om meer en meer goed in te sluit nie? Sou hierdie addisionele goed nie die totale energie binne die grens bydra nie?

In 'n klassieke stelsel sou die daling in energie van die warmtebestraling ontstaan ​​deurdat die gas beperk is tot 'n boks en die grootte van die boks groter word. Die termiese straling oefen druk uit op die mure van die boks terwyl dit uitbrei, wat energie van die termiese straling na die mure van die boks oordra. In 'n groeiende heelal is daar geen mure van die boks nie, dus is daar niks om energie in te stort nie. Dit is net weg.

Alhoewel dit vreemd is, werk die wiskunde in hierdie analogie vir enige vloeistof, nie net bestraling nie

Dit maak geen sin nie. Die klassieke boks het stewige mure van 'n soort geïsoleerde materiaal.

Wat ek sê, is dat die energie in die uitbreidingsdoos verander op grond van hoeveel werk daar aan die mure van die doos gedoen word. En die verandering in energie is dieselfde verandering in energie wat jy in 'n groeiende heelal kry.

Ek dink daar is meer as die @ kimbyd-voorbeeld. Beskou so 'n uitbreidende termiese gas wat geïsoleer is in 'n gebied van 'n asimptotiese plat ruimtetyd eerder as in 'n boks (wat ook gelykstaande is aan 'n baie hoë akkuraatheid as 'n uitbreidende gasvlek wat redelik geïsoleer is tussen sterrestelsels. In hierdie geval (die asimptoties plat ruimtetyd) , word die energie presies bewaar solank daar rekening gehou word met die bestraling. Die ADM-energie, wat die bestraling insluit, bly konstant. Die Bondi-energie, wat ontsnapte straling (EM plus gravitasie) uitsluit, neem af.

Ons heelal is egter nie asimptoties plat nie. Nie ADM-energie of Bondi-energie kan vir 'n realistiese kosmologie gedefinieer word nie. In eenvoudige terme, vir 'n geslote heelal is daar geen buitegrens om oor te som nie, en vir 'n oop heelal is daar geen 'rustigheid by oneindigheid' om 'n onveranderlike opsomming toe te laat nie.

Die belangrikste punt, IMO, is dat die behoud van energie 'in wese' presies is in GR tot weegskaal wat aansienlik groter is as 'n sterrestelsel, oor lang tydskale, maar oor kosmologiese afstande en tye afbreek, omdat die benadering van asimptoties plat ruimtetydinbedding minder word en minder akkuraat.

Volgens my is die regte stelling dus nie 'energiebesparing word geskend' (wat wel is nie) nie wat @kimbyd gesê het, maar sommige onverskillige outeurs het), maar die totale energie kan nie sinvol oor baie groot skale gedefinieer word in 'n realistiese kosmologie (FLRW, of enigiets anders wat nie asimptoties plat is nie).


Daal die mikrogolf-agtergrondstraling steeds af?

Hou in gedagte dat u vraag ietwat vaag is. Is wat oor die CMB steeds afneem? Hoe dit ook al sy, dit is waar dat CMB-fotone met die verloop van tyd steeds meer rooiverskuif sal word en sodoende energie verloor. Ons kan 'n bietjie kwantitatief hieroor wees.

Eerstens sal ek die konsep die skaalfaktor, a. Die skaalfaktor is net die faktor waarmee afstande gerek word deur die uitbreiding van die heelal (dit neem toe mettertyd). Ons kan byvoorbeeld a = 1 neem vandag en op 'n tydstip t in die verlede, wanneer a = 1/2, ENIGE afstand wat u beskou (tussen twee voorwerpe op groot afstande van mekaar, soos sterrestelsels), die helfte soveel was destyds soos vandag. Dus, as twee sterrestelsels vandag met 100 Mpc geskei is, destyds in die verlede toe a 1/2 was, sou hulle slegs met 50 Mpc geskei gewees het. Daar is ook die rooi verskuiwing z = (waargenome golflengte - uitgestraalde golflengte) / (uitgestraalde golflengte). Daar is 'n verband tussen a en z, naamlik a = 1 / (1 + z). Ek sal dit nie hier bewys nie, maar dit is relatief eenvoudig.

Tweedens kan ons kyk hoe die energiedigtheid (energie per volume-eenheid) van fotone mettertyd afneem as gevolg van die uitbreiding van die heelal. Heuristiese argument: beskou 'n boks fotone. Namate die volume van die boks toeneem, is daar twee effekte: 1. die totale aantal fotone bly vas, maar dit word oor 'n groter volume versprei, sodat die fotondigtheid omgekeerd met die volume (V -1) daal. Aangesien die volume eweredig is aan 'n 3, lei dit 'n a -3 faktor in. 2. Die golflengte van 'n foton word uitgerek namate die boks uitbrei, daarom is dit eweredig aan a. As gevolg hiervan neem die energie PER-foton af as -1, aangesien die kwantummeganika sê dat die energie van 'n foton omgekeerd eweredig is aan die golflengte daarvan. As die fotongetaldigtheid dus afneem as -3 en die energie PER-foton afneem as -1, is die eindresultaat die energiedigtheid van die CMB-stralingsveld af as -4, dit is (1 + z) 4. Nog 'n manier om hierna te kyk: as u in die verlede gaan en z toeneem, neem die energiedigtheid van die CMB-straling ongeveer toe as die vierde krag van z (of eintlik 1 + z).

Derdens: 'n ander manier om hieroor na te dink, is in terme van die CMB-temperatuur. Op die oomblik kom die CMB ooreen met 'n byna perfekte swartliggaam met 'n stralingstemperatuur van T = 2,723 K. Die verband tussen die stralingstemperatuur en die spektrum van 'n swartliggaamsuitsteker word gegee deur die Planck-funksie: http://en.wikipedia.org/ wiki / Planck's_law. As ons kon uitvind hoe die CMB-temperatuur mettertyd sal daal, sal dit ons presies vertel hoe die CMB-spektrum (intensiteit teenoor golflengte) mettertyd sal wissel (verminder). Dit is redelik maklik om dit te doen gegewe die inligting in my tweede punt hierbo, en een ander feit: vir 'n isotrope stralingsveld (soos die CMB) is die energiedigtheid eweredig aan die vierde krag van die temperatuur. Kyk hier vir besonderhede: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/raddens.html. Wat dit beteken, is dat as die digtheid as -4 wissel, dan wissel die temperatuur (wat digtheid is tot die 1/4 krag) as -1. Met ander woorde, die CMB-stralingstemperatuur wissel omgekeerd met die skaalfaktor, of lineêr met rooi verskuiwing. Toe die CMB-fotone vir die eerste keer uitgestraal is, teen 'n rooi verskuiwing van net meer as 1000, sou die CMB-temperatuur meer as 1000 keer was as wat dit nou is (dus ongeveer 3000 K). Die CMB-temperatuur sal op hierdie manier net verder daal.

REDIGERING: Drakkith: nee, nie heeltemal nie. 'N Verdubbeling van die skaalfaktor sal die energiedigtheid van die stralingsveld met 'n faktor van 16. verminder. Sien hierbo.


Bewyse vir die oerknal

Mikrogolfwaarnemings, tesame met infrarooi waarnemings, het ons direkte bewyse gegee dat die heelal van die oerknal ontwikkel het. Die eerste vaste bewys was die opsporing van die Kosmiese Mikrogolfagtergrondstraling (CMBR). Arno Penzias en Robert Wilson het in 1978 die Nobelprys vir fisika ontvang vir die ontdekking van die CMBR.

Toe die heelal baie jonk en warm was, was dit van plasma wat die lig voortdurend uitgestraal en weer opgeneem het, sodat die lig deur die ruimte kon beweeg. In wese was ruimte ondeursigtig. Terwyl dit afgekoel het, het die plasma egter neutrale atome begin vorm, wat nie lig op dieselfde manier opgeneem het nie. Die heelal het deursigtig geword en lig het vrylik geskyn.

Die CMBR is die lig wat die warm plasma uitstraal op die oomblik dat die heelal van ondeursigtig na deursigtig gaan. Die lig was oorspronklik op optiese en infrarooi golflengtes, maar danksy die uitbreiding van die heelal is die lig nou hoofsaaklik in die mikrogolfgebied van die spektrum.

So hoe doen infrarooi waarnemings help om die mikrogolfoond agtergrond? Daar is wel baie voorgronde wat in mikrogolflig uitstraal, wat ons siening van die mikrogolfagtergrond besoedel. Om die CMBR net te sien, is dit nodig om hierdie voorgrond te verwyder. Gelukkig stuur die oorgrote meerderheid van die mikrogolf-emittors op die voorgrond, meestal stof en gas in ons eie Galaxy, ook beduidend uit by infrarooi golflengtes. Die beeld van die mikrogolf en die infrarooi golflengte is dus moontlik om die voorgronde te identifiseer en te verwyder, sodat slegs die mikrogolf agtergrond agterbly.

Nadat ons die CMBR met baie hoë akkuraatheid geïsoleer en bestudeer het, is aangetoon dat die heelal byna presies dieselfde temperatuur in alle rigtings in die lug het. Om die temperatuur so uniform te hê, het wetenskaplikes vasgestel dat die hele heelal een keer op dieselfde plek moes wees - dus die oerknal.

Die CMBR vertel ons nog meer. Ruimteteleskope wat ontwerp is om die CMBR te verken, is begin met die Cosmic Background Explorer, COBE, wat die kosmiese agtergrondstraling van die heelal in infrarooi en mikrogolf golflengtes oor die hele lug gemeet het. COBE het 'n presiese ooreenstemming ontdek tussen die gemete agtergrondtemperatuur van die heelal en die model ('n swartliggaamkurwe genoem) wat deur die oerknalteorie voorspel word. COBE het ook klein skommelinge in die temperatuur van die kosmiese agtergrondstraling in kaart gebring, wat digtheidsvariasies in die vroeë heelal dophou. Dit is hierdie klein digtheidsvariasies wat vermoedelik saamgevloei het om die heelal se heel eerste sterrestelsels te vorm, wat die vordering na die Melkweg, die vorming van die son en die aarde en uiteindelik ons ​​veroorsaak. John Mather en George Smoot wen die 2006 Nobelprys vir hul werk aan COBE se presiese bepaling van die temperatuur en die nie-eenvormigheid van die CMBR.

COBE is gevolg deur die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) en, onlangs, die Europese missie, Planck. Beide WMAP en Planck het die klein skommelinge in die agtergrondtemperatuur tot geleidelik groter akkuraatheid gekarteer, wat bewys gelewer het vir 'n tydperk van baie vinnige groei in die vroeë heelal (inflasie genoem), wat die ouderdom van die heelal verfyn het en ons die samestelling van die heelal in 'n verstommende mate van presisie.


'N Groot hupstoot vir die oerknal

Volgens die standaard oerknal-model het ons heelal baie klein en baie warm begin. Die sogenaamde kosmiese mikrogolf-agtergrondstraling (CMBR) wat die plaaslike heelal deurdring, meen sterrekundiges, is 'n oorblywende gloed van daardie infernale tyd. In teorie moet die temperatuur van die CMBR geleidelik styg namate navorsers terugkyk na vroeër tye. Maar onlangse metings van die CMBR het gefokus op die mikrogolfstraling naby die aarde. Nuwe navorsing, wat vandag in die vaktydskrif Nature beskryf word, onthul die CMBR in 'n wolk wat ver is, sodat sterrekundiges die temperatuur van die jong Heelal vir die eerste keer kan neem. Hulle resultate bied sterk steun aan die oerknalteorie.

Raghunathan Srianand van die Inter University Centre for Astronomy and Astrophysics in Pune, Indië, en sy kollegas het lig bestudeer uit 'n verre kwasar wat deur molekules in 'n gaswolk opgeneem is toe die heelal net 'n vyfde van sy huidige ouderdom was. Sommige van die wolk se koolstofatome bevind hulle in 'fyn-gestruktureerde toestande' - dit wil sê, hulle is effens meer energiek as die laagste energietoestande van koolstof. Om sulke toestande te verduidelik, vereis dat die wolk omring word deur 'n warmer stralingsveld - een wat ooreenstem met 'n temperatuur tussen 6 en 14 grade bo absolute nul, vergeleke met die CMBR se huidige temperatuur van ongeveer 2,7 grade. Dit blyk, ooreenstem met die voorspelling van die teorie van 9 grade.

"Die Big Bang-teorie het 'n belangrike toets oorleef," skryf John Bahcall van die Institute for Advanced Study in Princeton, N.J., in 'n kommentaar wat die Nature-verslag vergesel. "Ek is bly dat die oerknalteorie hierdie toets geslaag het, maar dit sou meer opwindend gewees het as die teorie sou misluk en ons moes begin soek na 'n nuwe model van die evolusie van die heelal.

OOR DIE SKRYWER (s)

Kate Wong is 'n senior redakteur vir evolusie en ekologie by Scientific American.


Komende krytgesprekke

'N Foto van die Suidpoolteleskoop (SPT) en volmaan. Hierdie foto wys hoe die SPT tydens die Australiese winter waarneem, met die kenmerkende horison van die hoë Antarktiese plato in die agtergrond.

Straling vanaf die Kosmiese Mikrogolfagtergrond (CMB) bied 'n kiekie van die heelal op 'n tydstip slegs 380 000 jaar na die oerknal. The well-understood dynamics of the CMB enable precise calculation of its observable features, and directly connect new measurements to fundamental physics. These properties are what makes the CMB one of the most powerful pieces of evidence that we live in a geometrically flat universe, dominated by non-baryonic cold dark matter and dark energy, with large-scale structure having grown through gravitational instability seeded by quantum fluctuations from an earlier inflationary epoch. The next frontier of CMB research is to extract the wealth of cosmological information available from its polarization.


Astronomy 123: Cosmology and Our Place in the Universe Active core of giant elliptical galaxy M87 Event Horizon Telescope Astronomy 123: Cosmology is an introduction to the science of astronomy for non-science majors, with an emphasis on the Universe outside of our galaxy, and our place in the Universe. The past 25 years has seen an explosion in our understanding of the contents, formation and evolution of the Universe. Changes in our understanding of fundamental physics, combined with discoveries from space and ground-based telescopes, have led to a radically different model of our place in the Universe and its origins. The field of cosmology is science's newest endeavor into the most basic questions of humankind's existence where do we come from and what is our fate? Cosmology is the meeting point of observational astronomy, philosophy and particle physics. However, unlike philosophy, cosmology engages Nature providing a foundation based in observation and experience. The specific goals of this class are (1) to gain an understanding of basic science that underlies Astronomy (the forum is modern cosmology), (2) to understand the properties of the objects that make up our Universe, and how they derive empirical data, and (3) to formulate a coherent model for the interpretation of the observational evidence, the hot Big Bang model, and relating this world-view to new areas of research. In addition, this course traces the history of cosmology in order to explore how the scientific method works and how civilization has gained from the progress of science and technology. The interplay between technology (telescopes, space observatories) and knowledge gained about the Universe is a key theme to the course. Finally, (4), we study and present comparatively new results that have derived from the new field of Astrobiology and discuss and consider our place in the Universe. Other Astronomy courses in the group:

Course: ASTR 123, Cosmology is a science group (>3) satisfying course CRN: 30859 Text: Essential Cosmic Perspective (ECP), 8th edition, Bemmett, Donahue, Schneider, & Voit Class Time: 09:00-09:50, MWF Classroom: 100 Willamette Hall Grades and Points: Your grade will be based on the cumulative number of points earned over the quarter, there are three (3) equally weighted exams, and six (6) homework/in-class exercises. The test format will be roughly 50 % short answer questions and 50 % multiple choice questions. The short answer questions will be designed as answerable in a couple or so sentences.

    Test 1 = 60 points
    Test 2 = 60 points
    Test 3 = 60 points

Homework/In-class exercises, 10 points per exercise ===> 60 total points

In lieu of an examination a student may opt to turn in a written paper, minimum length 7 pages based on multiple outside references (grading rubric). The paper may be a report on some topic rather than a research paper. Students must speak with the Instructor (me) before settling on a topic and writing a paper.


I found this page when I was researching graphs of temperature/time, here are three graphs as requested, there are 20 other graphs on the image search.

In terms of the redshift, the background temperature is $ T(z) = T_0left(1+z ight) $ where $T_0sim2.725$ K is today's CMB temperature. For simplicity, one can invoke a uniformly-expanding universe to get the relation between $z$ and $t$ as $ 1+zproptofrac<1>> $ So as $t o0$, $T(t) oinfty$ and as $tinfty$, we see $T(t) o0$. This $1/t^<2/3>$ relationship can be plotted by Wolfram Alpha.

Note that the relationship between $z$ and $t$ is a bit more complex when considering a non-uniformly expanding universe, but the $T$ & $z$ relationship should still be valid.