Het lijkt erop dat het moderne begrip van de structuur van het universum al goed ingeburgerd en algemeen aanvaard is. Maar van tijd tot tijd moet het worden verdedigd tegen zogenaamde anomalieën, onverklaarde afwijkingen van de norm die het standaardmodel in twijfel trekken. Laten we het vandaag hebben over hoe een vreemd kosmologisch fenomeen, door zijn aard en door een of andere samenloop van omstandigheden genaamd de "As van het Kwaad", de moderne kosmologie bijna doorbrak.
Echo van de oerknal
De aarde kijkt met duizenden telescopische ogen naar de lucht. Enkele tientallen meer worden in een baan om de aarde gebracht. De eerste telescopen waren optisch en waren ontworpen om het lichte deel van het spectrum van elektromagnetische straling waar te nemen, dat toegankelijk is voor het menselijk oog. Moderne mensen turen in de bodemloze ruimte en observeren zijn objecten in het hele spectrum van elektromagnetische straling. Neem bijvoorbeeld het Swift Space Observatory. Het is ontworpen om kosmische gammastraaluitbarstingen te registreren en waar te nemen - gigantische uitbarstingen van energie die worden waargenomen in verre melkwegstelsels. Plaats kortegolf gammastraling helemaal aan het begin van het elektromagnetische spectrum. Het Russische orbitale observatorium Radioastron bestudeert zwarte gaten en neutronensterren in het radiobereik, dichter bij het andere uiteinde van het spectrum.
Sommige observatoria in een baan om de aarde zijn beter bekend, andere minder. Bovenaan de populariteitsscore staat de Hubble-ruimtetelescoop, die al 27 jaar in een baan om de aarde draait. Hij bestudeert de ruimte in het zichtbare, ultraviolette en infrarode bereik. Kepler is ook algemeen bekend, uitgerust met een supergevoelige fotometer die werkt in het bereik van 430-890 nm (zichtbaar en infraroodbereik) en die tegelijkertijd de helderheidsschommelingen van 145.000 sterren kan waarnemen.
Maar onder hen zijn er orbitale observatoria, waarvan het hoofddoel niet individuele sterren, planeten of melkwegstelsels is, maar het heelal zelf. Het doel van het vinden van hen in een baan is om astronomen te helpen de structuur van ons universum te begrijpen, om te proberen de geschiedenis ervan te begrijpen. En misschien, en kijk door de muur van ongelooflijke afstanden en andere universums.
Het WMAP-observatorium (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), dat in juni 2001 door NASA werd gelanceerd, was er een van. Het apparaat is ontworpen om de achtergrondstraling te bestuderen die werd gevormd als gevolg van de oerknal. Tot oktober 2010 bevond het zich 1,5 miljoen km van de aarde in een baan nabij het Lagrange-punt L2 van het Zon-Aarde-systeem. In de periode van 2001 tot 2009 heeft hij de hemelbol gescand en de resultaten van waarnemingen naar de aarde gestuurd. Op basis van de gegevens van de telescoop werd een gedetailleerde radiokaart van de lucht samengesteld op verschillende elektromagnetische golflengten: van 1,4 cm tot 3 mm, wat overeenkomt met het microgolfbereik.
De relikwie-straling vult het heelal gelijkmatig. Deze microgolfstraling op de achtergrond, die ontstond tijdens het tijdperk van primaire waterstofrecombinatie, is een soort "echo" van de oerknal. Het heeft een hoge mate van isotropie, dat wil zeggen uniformiteit in alle richtingen. Het stralingsspectrum komt overeen met het stralingsspectrum van een absoluut zwart lichaam met een temperatuur van 2,72548 ± 0,00057 K. De maximale straling valt op elektromagnetische golven met een lengte van 1,9 mm en een frequentie van 160,4 GHz (microgolfstraling). Zonder in details te treden, op de schaal van elektromagnetische straling gaat het tussen thermische infraroodstraling en frequenties van cellulaire communicatie, radio- en televisie-uitzendingen. De microgolf-achtergrondstraling is isotroop met een nauwkeurigheid van 0,01%. Dit is precies wat de afwisseling van "warme" oranje en "koude" blauwe gebieden op de radiokaarten van ruimtevaartuigen aangeeft. Het heeft wat kleinschalige anisotropie.
Promotie video:
In 2010 voltooide het observatorium zijn missie. Net zoals WMAP ooit het Cosmic Background Explorer (COBE) -observatorium, ook bekend als Explorer 66, verving, en het werd vervangen door het meer gevoelige en moderne Europese Planck-observatorium, gelegen op hetzelfde punt L2 … Planck heeft een hogere gevoeligheid en een groter frequentiebereik.
Vergelijking van resultaten van COBE, WMAP en Planck. Een illustratie van hoe verschillend de gevoeligheid van hun meetinstrumenten is
wikipedia.org
Doorboord door de as
De belangrijkste voorziening van de moderne kosmologie, waarop de meeste moderne modellen van de structuur van het heelal zijn gebaseerd, is het zogenaamde kosmologische principe. Volgens hem zal elke waarnemer, waar hij ook is en in welke richting hij ook kijkt, op hetzelfde moment in de tijd gemiddeld hetzelfde beeld in het heelal vinden.
Deze onafhankelijkheid van de waarnemingsplaats, de gelijkheid van alle punten in de ruimte, wordt homogeniteit genoemd. En onafhankelijkheid van de waarnemingsrichting, de afwezigheid van een voorkeursrichting in de ruimte, dat wil zeggen het feit dat het universum niet de voorkeur geeft aan de ene richting boven de andere, is isotropie. En de afwezigheid ervan is anisotropie.
Alles zou in orde zijn, maar alleen tijdens het verwerken van de gegevens die zijn verkregen door de WMAP-sonde, werden conclusies getrokken over zo'n anisotropie van het universum. De resultaten van de data-analyse toonden de aanwezigheid in de ruimte van een bepaald uitgestrekt gebied waarrond de oriëntatie van de gehele structuur van het heelal plaatsvindt. Dat wil zeggen, in de ruimte is er nog steeds een richting waarin sterrenstelsels en grote ruimtevoorwerpen op een lijn staan. Dit fenomeen, dat in staat is om het moderne begrip van het universum te doorbreken, werd de "As van het Kwaad" genoemd. De term zelf is bedacht door de Portugese natuurkundige en kosmoloog João Magueijo die in het VK werkte.
De blauwe gebieden zijn het koudst, de oranje gebieden zijn het 'warmst'. Witte lijn - "Axis of Evil". Omlijnd met een ovaal - Eridani's Supervoid
wikipedia.org
Aangenomen wordt dat deze naam niet zozeer verband houdt met de "geometrie" van het fenomeen, als wel met de invloed die het fenomeen kan hebben op de huidige heersende ideeën over het universum. Onder andere een paar jaar eerder introduceerde de Amerikaanse president George W. Bush dezelfde term met betrekking tot landen die volgens de Verenigde Staten internationaal terrorisme sponsoren en een bedreiging vormen voor vrede en stabiliteit op de planeet.
Opgemerkt moet worden dat ons universum enige inhomogeniteit en anisotropie heeft. Anders zouden er geen sterrenstelsels zijn, geen sterren, geen planeten. En uiteindelijk jij en ik ook. Dit zijn allemaal afwijkingen van de homogeniteit van het universum. Het kosmologische principe is van toepassing op zeer grote schalen, ver buiten de grootte van een cluster van sterrenstelsels. We hebben het over honderden miljoenen lichtjaren. Op kleinere schaal is inhomogeniteit mogelijk als gevolg van kwantumfluctuaties veroorzaakt door de oerknal.
Mageiju, die de "warme" (oranje) en "koude" (blauwe) gebieden van fluctuaties van de microgolfachtergrondstraling observeerde, deed een interessante ontdekking. Hij ontdekte dat zelfs op de grootste schaal schommelingen in de relictstraling (temperatuurschommelingen) niet willekeurig, maar relatief geordend zijn.
Een apart voorbeeld van een dergelijke manifestatie van anisotropie is de relikwie-koude plek in het sterrenbeeld Eridanus. Hier is de microgolfstraling beduidend lager dan in de omliggende gebieden. Met een diameter van bijna een miljard lichtjaar heeft de Eridani Supervoid veel minder sterren, gas en sterrenstelsels dan normaal.
Er is geen exact begrip van wat zo'n gapend gat zou kunnen hebben veroorzaakt. Professor Laura Mersini-Houghton van de Universiteit van North Carolina geeft deze opwindende verklaring: "Dit is beslist een afdruk van een ander universum buiten het onze."
Leek het?
En in 2009 lanceerde ESA de meer geavanceerde Planck-telescoop in een baan om de aarde. Het ruimtevaartuig had twee instrumenten aan boord om de lucht te bestuderen: een laagfrequente ontvanger met een frequentiebereik van 30 tot 70 GHz, wat overeenkomt met golflengten van ongeveer 4 tot 10 mm, en een hoogfrequente ontvanger met een frequentie van 100 tot 857 GHz en golflengten van 0, 35 tot 1 mm. De opgevangen straling wordt op de instrumenten gefocust door een systeem van twee spiegels - de hoofdspiegel meet 1,9 bij 1,5 m en de secundaire spiegel met een afmeting van 1,1 bij 1,0 m. De ontvangers van de telescoop werden afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt en werkten bij een temperatuur van -273, 05 ° C, dat wil zeggen 0,1 ° C boven het absolute nulpunt. Observatie van de lucht "Planck" ging door tot de uitputting in januari 2012 van vloeibaar helium, waardoor de ontvangers werden gekoeld.
Telescoop "Planck" op het Lagrange-punt L2 van het Sun-Earth-systeem
popsci.com
Hij moest de resultaten van WMAP weerleggen of juist bevestigen. En de eerste analyse van de verkregen gegevens, uitgevoerd in 2013, toonde aan dat de "As van het Kwaad" in het Universum echt bestaat. Maar op dat moment waren alle gegevens die het ruimtevaartuig had ontvangen nog niet gepubliceerd.
Pas vorig jaar ontdekte een team van onderzoekers van University College London (UCL) en Imperial College London, gebaseerd op de resultaten van een analyse van een complete dataset van een telescoop, dat er geen echte "as" is. De gegevens die tussen 2009 en 2013 met de telescoop zijn verkregen, zijn geanalyseerd met behulp van een supercomputer. De resultaten van de analyse lieten zien: het heelal is isotroop. De studie van Britse astronomen werd in mei 2016 gepubliceerd door Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, een onderzoekskosmoloog bij de afdeling Fysica en Astronomie van University College London, die aan het onderzoek deelnam, steekt haar vreugde niet onder stoelen of banken: "Je kunt zeggen dat we kosmologie hebben gered van een volledige herziening."
In een toelichting op de bevindingen van het onderzoek die op de website van het college zijn gepost, legt Daniela uit: “De resultaten van de studie zijn het beste bewijs dat het universum in alle richtingen hetzelfde is. Ons huidige begrip van de structuur van het universum is gebaseerd op de aanname dat het niet de voorkeur geeft aan de ene richting boven de andere. Maar je moet begrijpen dat Einsteins relativiteitstheorie in principe de mogelijkheid van het bestaan van onevenwichtige ruimte niet ontkent. Er bestaan mogelijk universums die draaien of rekken, dus het is erg belangrijk dat dit in ons geval niet het geval is. Hoewel we dit natuurlijk niet helemaal kunnen uitsluiten, geven onze berekeningen aan dat de kans hierop slechts één op 121.000 is."
De hemelbol scannen met de Planck-telescoop
esa.int
Sergey Sobol
