Ғарыштық микротолқынды фон (қалдық сәуле деп те аталады) Үлкен Бэнгтен кейінгі 380 000 жыл ғана пайда болды және Әлемдегі ең ескі радиация болып табылады. Ғалымдар осы ежелгі радиацияда қолданылған үлгілерді зерттеу арқылы ғаламның жасын, өлшемін және ауқымды құрылымын қабылдай алады.

Бастапқыда бүкіл ғарыш дыбыспен толтырылды. Үлкен жарылыс болғаннан кейін бірден болды, ал ғалам әлеміне ыстық плазмамен толтырылды - энергия сорпасы мен радиация. Бұл плазма таңқаларлық біртекті болса да, онда ауытқулар орын алды. Дэвис қаласындағы Калифорния университетінің космологы Ллойд Нокстың айтуынша, оның айналасындағы материалды мазалайтын шағын тығыздық пен қысымды градиент болған: «және ортасы қозғалады, дыбыстық толқындар болады».

Дыбыс тербелістері барлық жерде және соншалықты күшті болғандықтан, біз оларды 13,8 миллиард жыл өткен соң сезе аламыз. Олар ғарыштық микротолқынды фонда тікелей анықталды - үлкен жарылыста ыдыраған өртелуден кейінгі жарықтандыру және күн құрылымын зерттеу үшін пайдаланылған бірдей негізгі физика арқылы мұқият талданды. Шындығында, алғашқы реверберация (оның бірнеше рет көрсетілуімен дыбыстың қарқындылығын бірте-бірте азайтатын процесс - шамамен ), соншалықты жақсы өлшенеді және ол ғаламның кеңею жылдамдығын анықтау үшін қолданылған - Хаббл тұрақты деп аталатын сан. Бұл тұрақты, өз кезегінде, қазіргі заманның өлшемі, жасын және құрылымын түсінудің іргетасы.

Бірақ бұл жақында көрінген жеңіс Нокс пен оның әріптестерін қайшылық пен шатасуға әкелді. Егер ғаламның басым теориясы дұрыс болса, қазіргі уақытта Хаббл тұрақты мәндерін есептеудің барлық әдістері сол жауапты беруі керек. Ежелгі дыбыс толқындарын экстраполяциялау арқылы алынған құндылық қашықтық жұлдыздар мен галактикалардан жарықтың тәуелсіз зерттеулерінен алынған мәнге сәйкес келеді. Шын мәнінде, зерттеулердің сериясы екі тәсілдің жағымсыз келіспеушіліктерге әкелетінін көрсетеді және зерттеушілер бұл мәселені неғұрлым жігерлендіреді, соғұрлым қақтығыс барынша айқын болады.

Сондай-ақ, космологтардың бірі ғаламдық қателесу мүмкіндігін жоққа шығармаңыз. Дегенмен, дәлелдер жинақталғандықтан, Нокс басқа тұжырымға келді: ақаулық өз әріптестерімен емес, бүкіл әлемнің өзі. Егер бұлай болса, ғарыш кеңістігі неге күткендей болмасын, ғарышкерлерді бұрынғы белгісіз физикаға алып келуі мүмкін екенін анықтап, шындықтың мүлдем жаңа аспектісін ашуы ықтимал. Нокс және оның авторлары Астрофизикалық журналда пайда болатын жаңа зерттеуде бұл қызықты мүмкіндікті зерттеп жатыр. «Соңғы екі жылда, - деп жауап береді ол, - мен ойлардан бас тарттым,» олар дұрыс емес нәрсе жасаған болуы керек «,» вау, мүмкін олар дұрыс «. Мүмкін, бұл мен күтіп отырған кілт!

Горизонтқа шабу


Әлемнің эволюциясы.

Өз жұмысында Нокс пен оның әріптестері өз назарын горизонтқа бағыттайды - ғарышкерлердің ерте ғалымды қалай зерттейтіні түсініксіз, бірақ маңызды аспектісі. Үлкен жарылыстан кейін, жарық пен заттар араласуы арқылы пайда болған дыбыстық толқындар ыстық, плазмамен толтырылған Әлем арқылы еркін таралды. 380 000 жыл өткеннен кейін, зат атомды қалыптастыру үшін жеткілікті түрде салқындатылып, жарықтан бөлініп, дыбыс толқындарының дамуын тоқтатады. Сондықтан ғарыштық микротолқынды фонда дыбыстық толқындардың мұздатылған «үлгісін» байқауға болады.

Дыбыс көкжиегі осы соңғы толқындардың мөлшерін анықтайды. «Плазма жоғалған кезде наразылықтар қаншалықты алыс болуы мүмкін? Бұл қашықтық - бұл дыбыстық көкжиек », - дейді Нокс.

Қоңыраудың қасиеттерін шырқау (кішкентай шыны шоқты үлкен жез қоңыраудан мүлде өзгеше естіледі) арқылы интуитивті түрде бағалауға болатын сияқты, зерттеушілер ғаламның нақты қасиеттерін микротолқынды фонда жазылған дыбыстарынан шығара алады. Осылайша, ғарыш кеңістігін 4,8% кәдімгі заттардан, 26% қараңғы материя деп аталатын көрінбейтін заттардан және қараңғы энергияның 69% -ынан тұратын бос орынды кеңейтетін жұмбақ гравитациялық күштерден тұрады деп сендіре алады. Оның үстіне, біздің тарихымыз үшін, ғаламның кеңею жылдамдығын жоғары дәлдікпен алуға болатын тағы бір тәсілі бар.

2015 жылы Кембридж университетінің Джордж Эфстати бастаған зерттеушілер Еуропалық ғарыш агенттігінің «Планк» ғарыш аппаратын қабылдаған микротолқынды өлшемдеріне талдау жасап, ғаламның кейбір ерекшеліктерін ашты. Олардың нәтижелері бүкіл әлемнің бір мегапарсек үшін 67,8 км / с жылдамдықта кеңейтетінін көрсетті (мегапарсек 3,26 млн жарық жылына тең).

Сонымен қатар, астрономдардың бәсекелес топтары ғаламды кеңейтуді мүлдем басқаша зерттеді, белгілі бір қашықтықта айнымалы жұлдыздарды немесе супернова жарылыстарын іздейді, содан кейін олардан қаншалықты тез кететіндігін тікелей өлшейді. Бұл «қашықтан баспалдақ» әдісі күрделі болып көрінеді. Миллиондаған жеңіл жылдардың қашықтығын санау жүйелі қателердің көптеген түрлеріне байланысты нәзік және қажырлы міндет. Жұлдыздың орналасу орнын дұрыс анықтаңыз, және бүкіл есептеу дұрыс болмайды.

«Дәлдікті арттырған сайын, сіз жүйе бойынша келесі деңгейге өтуіңіз керек. Бұл түнде мені сергек ұстайды, - дейді Чикаго Университетінің Уэнди Фридман, ол Хабблдың тұрақты дамуын 30 жылдан астам уақыт бойы өлшеп отырды. Белгісіздікті тұрақты түрде басу және айнымалы жұлдыздардың соңғы бақылауларына сүйене отырып, оның тобы тұрақты үшін жоғары дәлділік мәніне келді: 73.2 - бұл қайшылық. «Бұл керемет прогресс, бұл екі сан 10 пайызға дейін жетеді», - дейді ол, бірақ мұндай күрделі ойын жеткілікті емес. «Қателер, әрине, бір-біріне қайшы келмейді және мұндай айырмашылықты тудыруы мүмкін ештеңе жоқ». Кез-келген айқын емес мәселелерді анықтау үшін, ол қашықтықты өлшеудің жаңа түрін жасап, қызыл гигант жұлдыздарды сілтеме ретінде пайдаланады. Сонымен қатар, ол барлық деректерін бұрмалау және қателіктер үшін қайта талдауға арналған екі есе соқыр тәжірибе жүргізеді.


Жердің қашықтыққа байланысты галактикалардан жарықтың қызыл аймаққа көшуі.

Космологтар екі жақтан да сыртқы топтардан көмек іздейді және осы «тәуелсіз судьялар» құпияны тереңдетеді. Лос-Анджелестегі Калифорния университетінің зерттеулері, алыстағы галактикалар арқылы жарықтың бүктелуін қарастыратын, Fredman нәтижесіне жақын, Habble тұрақты мәнін 72,5 деп көрсетеді. Сонымен қатар, қазіргі заманғы әлемдегі галактикалардың таралуына негізгі дыбыстық толқындардың қалай әсер ететінін дәлелдейтін бірдей дәлелді зерттеу тұрақты мәнге ие - сіз оны болжап отырсыз - 67-ге тең. Дыбыс көкжиегіне байланған Хаббл тұрақты мәндерінің есептеулері үнемі аз сан жұлдыздар мен галактикалардың ескертулеріне негізделгеннен гөрі, ешкім де білмейді.

Кешенді қара кеңістік?

Мәселеге бір ықтимал шешім бар: барлық өлшемдер дұрыс болуы мүмкін және ғалымдар нәтижелерді түсіндіру арқылы қателеседі. Нокс айтуынша, дыбыстық горизонттың шығу тегі туралы білетін барлық нәрсе біздің өміріміздегі алғашқы 380 мың жыл ішінде Әлемнің мінез-құлықтың теориялық моделіне байланысты, ол туралы ештеңе білмейміз. Модельдер қате болса және дыбыс горизонтының мөлшері болжанғаннан өзгеше болса, онда бұл түзетулер оның барлық сандарын, соның ішінде Хаббл тұрақты мәнін өзгертеді. «Егер космологиялық шешім болса, ол дыбыстың горизонтына әкелуі керек», - дейді Нокс. Оны тек 7 пайызға қысқарта отырып, барлық зерттеулер бір-бірімен қуана келіседі. Мәселе мына төмендетуге не себеп болуы мүмкін екендігі анық емес. Әрбір дерлік тұрғыда, үлгі және байқау бір-бірімен тығыз байланысты.

«Барлық шешімдерді жақсы түсіндіретін шешімді шығару өте қиын болды. Берклидегі Космологиялық физика орталығының зерттеушісі және Knox мақаласының авторларының бірі Мариус Милья: «Бұл күрделі нәрсе болуы керек, себебі біз қарапайым нәрселерді көрдік», - дейді. Ол жұмыс істемейтін нәрселерді іздейтін әлдеқайда оңай екенін атап өтеді: нейтриннің ашылмаған түрі? Жоқ Фотонды фотонды өзара әрекеттесудің жаңа түрі? Тағы да, ешқандай - бұл деректермен қайшы.

Нокстың пікірінше, ең ертедегі түсінік ертедегі әлемнің күтілгеннен сәл асып кетті. Олай болса, ол тезірек салқындатылып, дыбыс горизонын ертерек тоңады. Сонда дыбыс көкжиегі теориялық модельдерде қолданатыннан гөрі аз болады, және дау, мәселе шешіледі! Немесе, мәселе жай ғана мутацияға ұшырайды, себебі қазір ертерек ғарыштың тезірек кеңеюіне әкеліп соққан нәрселер туралы түсінік қажет.


Қараңғы материя галактикалардың айналу жылдамдығының тек көрінетін затпен есептеулер арқылы алынғандығынан неғұрлым жоғары екенін түсіндіреді.

Knox болжамды. «Әлбетте, бұл бізді қараңғы сектордағы жаңа ингредиентке алып келеді», - дейді ол ғаламшардың көзге көрінбейтін компоненттері үшін радиациямен өзара әрекеттеспейтін космологтардың әмбебап терминіне сілтеме жасай отырып. Зерттеушілер галактикалардың қозғалысын түсіндіру үшін қараңғы материяны қолданып жатыр және қараңғы энергияны Әлемнің жеделдете кеңейтуін түсіндіру үшін пайдаланады. Нокс пайымдауынша, Хаббл тұрақты өзгермелі өлшеулер үшінші қараңғы компоненттің бар екендігінің алғашқы белгісі болуы мүмкін - «қара турбо», ол ерте ғаламға энергияны қосып, осылайша оның кеңеюін жеделдетеді. Мүмкіндік - қараңғы энергияның бірнеше нысаны бар немесе күрделі жолмен уақытты өзгертуі. Жақында НАСА-ның Chandra рентген обсерваториясында өткізілген 1598 қашықтық квазарлары (өте жарқын галактикалық ядролары - шамамен ), ең соңғы интерпретация үшін алдын-ала дәлелдемелер болмаса да қызықтырады.

Бұл жаңа және көрінбейтін нәрсені шатастыратын нәтижені түсіндіруге арналған трюк сияқты көрінуі мүмкін, бірақ Нокс қарама-қарсы жағдайға қарайды: Хаббстың тұрақты өлшемдеріндегі қақтығыс осы уақытқа дейін анықталған толығымен жойылған Әлемнің жаңа аспектісін ашуы мүмкін. Және ол қараңғы элементтердің көптеген түрлерінің бар екендігін ештеңе көрмейді және ғаламның көрінетін бөлігінде бөлшектер мен күштердің әртүрлі түрлерінің бар екенін көрсетеді, қисынды сұрақ туындайды: неге Әлемнің қараңғы жағы күрделі болмайды?

Кез келген жағдайда бұл философиялық талқылау емес, нақты ғылыми сұрақ. Антарктикадағы телескоппен және Чилидегі Атакама телескопымен ертедегі әлемді жаңа байқау дыбыс көкжиегін зерттеуге мүмкіндік береді. Knox-ақ CMB-S4 деп аталатын жаңа құрылғыны жасайды, ол микротолқынды аспанды жоғары сезімталдықпен поляризациялауды көрсетуге арналған. Сонымен қатар, Фридман деректерді жан-жақты қайта талдады. Гравитациялық толқындардың жаңа зерттеулері Хаббл тұрақты мәнінің шын мәнін бағалаудың толық дербес әдісін береді.

Жуық арада деректер ғалымдар қателіктер жасайтынын немесе белгісіз кеңістікте қозғалатынын анықтайды. Фридман: «Бұл түбегейлі жаңа физика бола тұра, әлдеқайда қызықты, бірақ біз оны ешқашан қаламаймыз», - дейді Фридман. «Әлем туралы ойлайтынымызға алаңдамайды!»