הצצה לטבע היקום שלנו, המופעל על ידי BAOs

- סווטה סריניוואסן

בהדרכת טאפהם אחמד מסודי וסוקנט חוראנה

כמה גדול היקום שלנו? האם זה נגמר איפשהו? האם זה יימשך לנצח?

שאלות אלה נשאלו על ידי כל כך הרבה אנשים, על ידי כל כך הרבה תרבויות לאורך ההיסטוריה. תשובות להן חיפשו ואלו כמה מהשאלות הכי מבלבלות, ובכל זאת מעניינות.

קרדיט: phys.org

נניח שהיקום הוא סופי. ואז, לאן הייתה היד שלנו הולכת אם היינו מוציאים אותה מהקצה? היוונים התבוננו בכך. הם גם חשו שיקום אינסופי הוא בלתי אפשרי. זה הותיר בהם פרדוקס.

בתחילת שנות ה -18 טען היינריך אוברס כי היקום לא יכול להיות אינסופי. כי אם היינו מסתכלים אל השמיים, ואם זה אינסופי, כנראה שיש כוכב בקו הראיה שלנו. למרות שהגודל לכאורה עשוי להיות זעיר, בהירות המשטח הקטן עדיין תישאר קבועה. אם היקום היה מלא בכוכבים, אז גם שמי הלילה חייבים להיות בהירים. מכיוון שיש טלאים כהים בשמי הלילה, היקום חייב להיות סופי. ניוטון, לאחר שגילה את כוח הכבידה, ידע שמדובר בכוח אוניברסאלי ומושך. אם היקום היה סופי, הוא היה נתון לכוח הכבידה ויתמוטט על עצמו.

לדברי איינשטיין, היקום צריך להתרחב או להתכווץ. המשוואות שלו דרשו פיתרון כזה. עם זאת, הוא הכניס קבוע המכונה הקבוע הקוסמולוגי שביטל את השפעות הכובד בקנה מידה גדול. הוא עשה את ההנחה שהיקום הוא סטטי, שהפך בסופו של דבר לבלאגן הגדול ביותר שלו.

התגלית הגדולה

בשנת 1929, אדווין האבל, גילה תגלית ביקורתית. הוא מדד את המרחקים היחסיים של הגלקסיות על ידי מדידת בהירותם של הכוכבים המשתנים של קפיד. הוא גם מדד את התזוזות האדומות של הגלקסיות הללו. התזיזות האדומות לעומת עלילת המרחק התבררו כקוויות. המשמרות האדומות גדלו באופן לינארי עם המרחק. ההסבר האפשרי היה שהיקום מתרחב.

לאחר מכן הבינו האסטרונומים שאם היקום מתרחב, כנראה שהוא היה קטן יותר בעבר, ובזמן המוקדם הוא כנראה היה רק ​​נקודה קטנה. זה מסביר את תיאוריית המפץ הגדול על התפתחות היקום (skyserver.sdss.org)

קרדיט: LiveScience

גורל היקום

כל הדיון הזה מצריך הערה קטנה על מה יכול להיות גורל היקום. ישנן שלוש אפשרויות אפשריות.

אם צפיפות היקום גדולה יותר מצפיפות קריטית, כוח הכבידה ישתלט, ההתפשטות תיפסק והיקום יתמוטט על עצמו, מה שמכונה גם הפופולרי כמשבר הגדול. יקום כזה הוא יקום סגור.

אם צפיפות היקום שווה בדיוק לצפיפות הקריטית, אז היקום בעצם שטוח. זה כן מתרחב, אך לאחר זמן רב מאוד קצב ההתרחבות הופך לאפס.

אם הצפיפות פחותה מצפיפות קריטית, היקום ממשיך להתרחב, זהו יקום פתוח. זה עשוי לגרום לריפ ביג.

מה מניע את ההתרחבות הזו?

אין נקודה כזו הנקראת מרכז היקום, משם מתרחבות הישויות. הדברים לא מתרחקים מהמרכז אלא מתרחקים זה מזה. החלל מתרחב. אנחנו לא רואים את זה במערכת השמש שלנו, או באופן מורגש בתוך הגלקסיה שלנו מכיוון שכוח הכבידה על אזורים כאלה הוא חזק מספיק. אך בקנה מידה קוסמולוגי הדברים מתרחקים זה מזה, והקצב בו מתרחשת הרחבה אינו קבוע אלא הולך וגובר. הדברים מתרחקים זה מזה מהר יותר ויותר.

מרבית היקום שלנו הוא אנרגיה אפלה, ונאמר שהאנרגיה האפלה הזו היא זו שמניעה את ההתפשטות.

קרדיט: SciTechDaily

היו התפתחויות רבות לאחרונה לפענוח תופעה מסתורית זו. התקדמות התנודות האקוסטיות של בריון והמחקר הספקטרוסקופי Baryon Oscillation Speaker (BOSS) התקדמו מאוד.

של BAOs וקוואזרים

תנודות אקוסטיות של בריון (BAO) הן שרידים קפואים שנשארו מהיקום לפני הניתוק. הם שליטים אידיאליים למדידות המרחק הקוסמולוגיות של המאה ה -21. האומדנים שניתנו הם, לראשונה, מושרשים היטב בפיזיקה ליניארית מובנת היטב. (ברוס ורנה)

היקום המוקדם כלל פלזמה חמה וצפופה. זה כלל בריונים ואלקטרונים. בריונים הם חלקיקים יסודיים מאסיביים המורכבים משלושה קווארקים. נויטרונים ופרוטונים הם בריונים (astro.ucla).

מכיוון שהפלזמה הייתה כל כך צפופה, הפוטונים לא יכלו לעבור בחלל בחופשיות כשהם היו נתונים לפיזור תומסון, ולכן הפוטונים נקשרו למעשה לחומר הקיים.

עם הזמן, הפלזמה התקררה ואלקטרונים בשילוב עם פרוטונים ליצירת מימן. ככל שפוטונים מקיימים אינטראקציה פחותה עם חומר ניטרלי, כעת הם היו מסוגלים לנוע בחופשיות. החלל הפך שקוף לפוטונים. הפוטונים נותקו.

כעת, קחו בחשבון הפרעה שמקורה באזור צפוף של פלסמה קדומה לפני שהניתוק התרחש. זה מכיל חומר אפל, בריונים ופוטונים. הפלזמה אחידה למעט אזור צפוף זה.

לחץ גבוה מניע את נוזל הברון-פוטון כלפי חוץ יותר מחצי ממהירות האור. החומר האפל מתקיים אינטראקציה בכבידה בלבד, ובכך מהווה את מרכז אזור כדור הגל הנבדק בזמן שהבריונים והפוטונים נעים החוצה יחד בצורה כדורית בגלל לחץ. בזמן שהניתוק מתרחש, הפוטונים מתנתקים מהבריונים ונמלטים מהכדור הנע, זורמים החוצה במהירות. כדור הברון מתקבע במרחק זה, הוא מתיישב, לאחר שאיבד את לחץ המניע. עם לא יותר אינטראקציה בין פוטון-בריון, הכוח היחיד שנמצא הוא כוח הכבידה של החומר האפל וכתוצאה מכך, הברונים מתחילים לאט לאט להימשך לעבר המרכז. נוצר שיווי משקל ולבסוף, ישנם אזורים צפופים יתר הן בתחום החיצוני והן בגרעין הפנימי. הקליפה החיצונית הזו נקראת אופק הצליל. אלה נתפסים כאניסוטרופיות בקרינת ה- CMB (קרינת רקע מיקרוגל קוסמי) ובהפצה המרחבית של הגלקסיות. תנודות אלה התפתחו לקירות ולחללים של גלקסיות של ימינו, כלומר סולם התנודה האקוסטית של הבריון (BAO) גלוי לעין בקרב הגלקסיות כיום.

תוכנית BAO כוללת בעצם מציאת מעקב אחר שדה צפיפות המונים ומחשוב את הפונקציה הדו-נקודתית שלה. התכונות בפונקציה הדו-נקודתית תואמות את אופק הצליל. על ידי הכרת הזווית המרחק הזה נוטה, אחד מודד את d (z). השוואה לערך בגודל ~ ~ 103 מאפשרת לנו להגביל את התפתחות האנרגיה האפלה (astro.berkeley.edu)

קרדיט: www.astro.ucla.edu

באמצעות סקר הספקטרוסקופיות Baryon Oscillation Speaker (BOSS), שני צוותים של פיזיקאים שיפרו את הבנת המדענים את האנרגיה האפלה המסתורית המניעה את היקום המאיץ.

הקוואזרים משמשים למטרה זו. קוואזרים הם חפצים אסטרונומיים בעלי תאורה גבוהה מאוד שנמצאים במרכזי כמה גלקסיות ומונעים על ידי גז המסתחרר במהירות גבוהה לחור שחור גדול במיוחד. הקוואזרים הבהירים ביותר עלולים להאשים את כל הכוכבים בגלקסיות בהן הם שוהים, מה שהופך אותם לגלויים אפילו במרחקים של מיליארדי שנות אור. הקוואזרים הם בין העצמים הרחוקים והזוהרים ביותר הידועים (בריטניקה).

קרדיט: מכניקה פופולרית

חורים שחורים סופר-מסיביים המפעילים גלקסיות רדיו וקוואזרים ממלאים תפקיד בולט בהתפתחות הגלקסיות. הקוואזרים מוקפים באבק. גלקסיות אור שמשאירות זורמות דרך אותו אבק, וחושפות את חותם של ה- BAOs.

בעזרת נתונים אלה, אסטרונומים יצרו את המפה המדויקת ביותר עדיין של גלקסיות ביקום הרחוק, ומציעה חלון אל העבר, ואולי גם לאנרגיה אפלה.

BOSS משתמש במכשיר מעוצב בהתאמה אישית בשם ספקטרוגרף בטלסקופ מטר 2.5 SD SD במצפה הכוכבים אפאצ'י פוינט בניו מקסיקו. המטרה של הפרויקט היא להתבונן ביותר ממיליון גלקסיות בשש שנים (space.com).

המחשה לתפיסה של תנודות אקוסטיות של הברון, המוטבעות ביקום הקדום וניתן לראותן גם היום בסקרי גלקסיה כמו BOSS קרדיט: sgss3.org

השוואה בין ספקטרום הכוח של SDSS-II LRGs וגלקסיות BOSS DR9 CMASS. קווים מלאים מראים את הדגמים המתאימים ביותר. קרדיט: אנדרסון ואח '. 2012

תנודות אקוסטיות של הברון הללו נמדדו כעת בהתפלגות הגלקסיות.

בעזרת הסולם האקוסטי כשליט סרום מכויל פיזית, יימדד מרחק הקוטר הזוויתי ברמת דיוק של 1% במשמרות אדומות z = 0.3 ו- z = 0.55. BOSS ימדוד גם את התפלגות קווי הקליטה של ​​קוואזאר ואת קצב ההתפשטות הקוסמי H (z). מדידות אלה יספקו בדיקות תובעניות לתיאוריות של אנרגיה אפלה ומקור ההאצה הקוסמית. (sdss3.org)

לפיכך, אנו רואים שמחקר על BAOs סלל מסלול חדש ושדרת חיפושים חדשה. הם מספקים הבנה טובה יותר של אופן פעולתו של היקום, אופיו והתנהגותו. יום אחר יום אנו צועדים לאט אך בטוח לעבר חשיפתו (או 'לא מסייעים') את האמיתות והסודות המופלאים של היקום.

הפניות

· 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/iw/astro/universe/universe.asp

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

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

· כתב העת להיסטוריה ומורשת אסטרונומית, 17 (3), 267–282 (2014), גילוי הקוואזרים ואחריה, KI Kellermann

· תנודות אקוסטיות של בריון, ברוס א. באסט ורנהlozek, Dark Energy, Ed. P. Ruiz-Lapuente, 2010