Bu, evrenin ilk görüntülerinin ortaya çıkardığı karanlık maddedir.
Modern bilimin en büyük gizemlerinden biri, karanlık maddenin gizemidir. Gezegenleri, yıldızları, gazı, plazmayı, kara delikleri, galaksileri ve galaksiler arasındaki boşluğu oluşturan tüm normal maddeleri, yani evrendeki tüm bilinen maddeleri toplarsanız, bu bizim anladığımız şekliyle yerçekimini açıklamaya yetmez. Bu, bireysel galaksileri, galaksi gruplarını, galaksi çarpışmalarını, kütleçekimsel merceklemeyi veya evrenin geniş ölçekli yapısını açıklayamaz. Öyleyse evrende başka bir şey olmalı ve bu sıradan madde (sıradan madde) değil.
Gözlemlenebilir evrenin zaman eksenini gözlemlerken, Büyük Patlama'nın zaman düğümünden uzaklaştıkça, gözlemlenebilir kısım genişler ve genişler. Bununla birlikte, Big Bang'in sonradan parlaması bugün hala görülebilir. Resim: NASA / WMAP bilim ekibi
Boko Park-Science Popularization: Bilim adamları bu gizemli maddeye karanlık madde adını verdiler. Çünkü ışıkla ve sıradan maddeyle etkileşimi yoktur ve görülemez. Madde, yerçekimi kuvveti nedeniyle sıkıca bir arada tutulur. Karanlık maddenin ne olduğu konusunda tartışmalar olsa da, karanlık maddenin varlığı neredeyse kesindir, çünkü herhangi bir astronomik gözlemde görünebilir. Bu yüzyılın başında keşfedilen evrenin en eski görüntülerinde şunları görebilirsiniz: Büyük Patlama'nın sonradan parlaması.
Teleskopun koşulları elverirse, evrenin herhangi bir köşesini gözlemleyebilirsiniz. Ancak evren iyonize plazma ile dolu olduğunda, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun (CMB) "son saçılma yüzeyinden" daha fazlasını tespit etmenin bir yolu yoktur. Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundaki (CMB) soğuk nokta (mavi ile gösterilmiştir) doğal olarak oluşmaz, ancak maddenin yoğunluğundan dolayı daha büyük bir yerçekimi kuvvetinin üretildiği ve sıcak noktanın (kırmızı) radyasyon nedeniyle daha yüksek bir sıcaklığa sahip olduğu bir bölgedir. Her yerde sığ yerçekimi dalgalarında var. Resim: E.M. Huff, SDSS-III ekibi ve Güney Kutbu Teleskopu ekibi; Zosia Rostomian'ın grafiği
Milyarlarca yıl önce, evren daha yoğun, daha tekdüze ve Büyük Patlama'ya daha yakındı. Günümüzün devasa galaksi kümelerinin oluşması milyarlarca yıl alır. On milyonlarca yıldız ilk yıldız kümesini oluşturur ve yüz milyonlarca yıldız da ilk galaksi kümesini oluşturur. Tek bir fotonun enerjisi, dalga boyuyla orantılıdır.Evren genişlediğinde, tüm "uzunluklar" (daha düşük enerjiye) uzanır; erken evren sadece daha küçük değil, aynı zamanda daha sıcaktı. Geçmişte bir noktada, evren, oluşan her nötr atomun, çekirdeğe bağlı her elektronun, büyük patlamada üretilen radyasyonla serbest iyonlara ayrışacağı kadar sıcaktı.
Evren, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonundan (CMB) belirli bir enerjiye düşecek kadar yeterli miktarda foton soğutulana kadar kararlı bir yapıda nötr atomlar oluşturmak mümkün değildir. Resim: Amanda Yoho
Evren nötr atomlar oluşturacak kadar soğumadan önce, fotonlar etrafta uçar ve acımasızca elektronlara girer. Ne zaman ve nerede olursa olsun, bu fenomen her zaman oluyor. Nötr bir atom oluşturulduktan sonra, yalnızca çok, çok özel dalga boyuna, yani belirli bir atomun iyonlaşmasına veya atomik geçişine neden olan dalga boyuna sahip fotonlar etkileşime girebilir. Evren soğutma eşiğini geçmeden önce, fotonlar ve normal madde son derece yüksek bir hızda etkileşime girer. Evren% 100 nötr atomlarla,% 0 iyonlarla dolu hale geldikten sonra, bu fotonlar düz bir çizgide akıyor, son 13.8 milyar yılda dalga boyları evrenin genişlemesiyle genişlemiş, bugün bizimkine ulaşıyorlar. Gözler ve dedektörler.
Kozmik mikrodalga arka plan yayılmadan önce iyonize plazma (solda), ardından nötr (sağda) şeffaf bir evrene geçiş. Telif hakkı: Amanda Yoho
Başlangıçta, Büyük Patlama'dan arta kalan radyasyonu açıklamak için güzel bir kelime vardı: orijinal ateş topu. Bilim adamları bunu 1960'ların ortalarında keşfettiler ve sıcaklık ve dalga boyu / frekans özellikleri o zamandan beri biliniyor: 2.725 K'da keşfedildi ve bilim adamları onu spektrumun mikrodalga kısmına yerleştirdi. Gökyüzünde her yönden aynı sıcaklık özelliklerine sahiptir ve kozmik mikrodalga arka plan (CMB) radyasyonu olarak adlandırılır. Uzun bir süre için, "denge sıcaklığı", kozmik mikrodalga fon radyasyonunun (CMB) tipik bir özelliğidir. Tek kusur, Samanyolu'nun Samanyolu düzlemi gibi diğer malzemelerin mikrodalga radyasyonunu emmesi, salması veya değiştirmesidir.
Penzias ve Wilson'ın orijinal gözlemlerine göre, bazı astrofiziksel radyasyon kaynakları (merkezde) Samanyolu düzleminden yayılıyor, üst ve alt kısımlar dışında, geri kalanı neredeyse mükemmel bir radyasyon arka planı. Resim: NASA / WMAP Bilim Ekibi
Uydular ve balonlar tarafından gerçekleştirilen deneyler daha iyi hale geldikçe, bilim adamları kozmik mikrodalga arka planındaki kusurları görmeye başladı. Bunların hepsi son derece önemlidir: aşırı yoğun ve az yoğun alanlar olmadan yıldızlar, galaksiler ve galaksi kümeleri gibi yapılar oluşamaz. Bu ilk dalgalanmaların ölçeği ve boyutu, evrenin bugün nasıl olacağını belirler. Bugün sahip olduğumuz devasa ve çeşitli evren yapısı, bu kaynak değişikliklerinin ne kadar önemli olduğunu kanıtlıyor.
Kozmik mikrodalga arka planın (CMB) dalgalanmaları, büyük ölçekli yapıların oluşumu ve korelasyonu ve yerçekimsel lenslerin modern gözlemleri, diğer birçok yönden aynı duruma işaret ediyor: karanlık maddeyle dolu. Resim: Chris Blake ve Sam Moorfield
1990'larda NASA, COBE uydusunu fırlattı, en büyük ölçekte dalgalanmaları ölçtü ve% 0.003 seviyesinde var olduklarını buldu. 1940'larda WMAP, menzili yaklaşık bir açıya düşürdü ve ardından Planck bunu 2010'larda 0,07 dereceye düşürdü: en küçük ölçek. Açık olmasa da, bu dalgalanmalar bize sadece genişleme sürecinde evrenin neye dönüşeceğini anlatmakla kalmaz, aynı zamanda bilim adamlarının evrenin neyden oluştuğunu anlamasına da izin verir.
İyileştirilmiş uydu görüntüleri sayesinde, Big Bang'in son parlamasının ayrıntıları daha iyi ve daha iyi hale geldi. Resim: NASA / ESA ve COBE, WMAP ve Planck ekipleri
Evrenin "yaratılışı" yoğunluk dalgalanmaları olmalıdır: Evren ölçeğindeki bu kusurlar, evren genişlediğinde sona erer. Büyük Patlama anından itibaren, bu aşırı yoğunluklu ve düşük yoğunluklu alanları sağlayarak tüm ölçeklerde ortaya çıktı. Bununla birlikte, zamanla, evren sadece genişleyip soğumaz, aynı zamanda aşırı yoğun bölgeler büyümeye ve daha fazla maddeyi çekmeye çalışır. Düşük yoğunluklu alanlar "büyüme" sürecinde azalmakta ve malzemelerini daha az yoğun çevre alanlara boşaltmaya çalışmaktadır. Ancak zor bir problem var: Evrendeki normal madde ve evrendeki fotonlar (radyasyon) bu nötr atomlar oluşana kadar birbirleriyle etkileşime girip çarpışıyorlar.
Kozmik mikrodalga arka plan (CMB) dalgalanması, genişlemenin neden olduğu orijinal dalgalanmaya dayanmaktadır. Özellikle büyük ölçekte "düz kısım" (sol) genişleme olmadan açıklanamaz ve dalgalanmanın genliği, Planck ölçeğinden çok daha düşük olan genişlemenin sonunda evrenin ulaştığı maksimum enerji ölçeğini sınırlar. Resim: NASA / WMAP Bilim Ekibi
Sadece normal madde ve radyasyonun olduğu bir evrende, yerçekimi normal maddeyi daha yoğun bir alana çekmeye çalışır, ancak radyasyon bunun için iyi değildir. Yüksek yoğunluklu bir alan oluşturmak, içindeki radyasyon basıncının yükselmesine neden olacak ve bu da normal maddelerin karşılıklı itilmesine neden olacaktır. Büyük patlama, ışıyan enerjinin ne kadar uzağa gidebileceğini belirlediğinden, normal madde hangi ölçekte dışarı itilebilir.
Ama evrende karanlık madde varsa, başka şeyler de olacaktır. Evet, çekilecek ve daha yüksek ve daha yüksek yoğunluk, radyasyon basıncının karşılık gelen yerde artmasına neden olacaktır. Ancak normal madde ile karanlık madde arasında ve radyasyon ile karanlık madde arasında doğrudan bir etkileşim yoktur. Bu nedenle, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda (CMB) üretilen tepeden vadiye model, evrendeki her bileşenin içeriğine bağlı olarak farklı olacaktır.
Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu (CMB) zirvesinin yapısı, evrendeki Avrupa'da bulunan bir şey tarafından belirlenir. Resim: W. Hu ve S. Dodelson, Ann.Rev.Astron.Astrophys.40: 171216.2002
En önemlisi, kozmologlar karanlık madde olmayan bir evreni ve evrendeki karanlık madde miktarını simüle edebilirler Büyük ölçekli yapıların ve x-ışını kümelerinin gözlemleri, karanlık madde içeriğinin normal maddeden 5 kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Büyük Patlama'dan hemen sonra bu iki örnek evren üzerinde çalışmaya başlarsanız ve sonra ayrı ayrı evrimleşmelerine izin verirseniz, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda (CMB) hem zirveler hem de vadiler oluşturabilirler, tıpkı normal madde ve fotonların dans etmesi gibi, ancak karanlık madde Sadece genel materyal radyasyon dans hareketlerini değiştirmedi, aynı zamanda farklı dans hareketleri de ekledi.
Farklı açısal ölçeklerdeki simüle edilmiş sıcaklık dalgalanmaları, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda ölçülen kozmik radyasyonla birlikte görünecek ve sonra% 70 karanlık enerji,% 25 karanlık madde,% 5 normal madde (L) veya% 100 Normal maddenin evreni (R). Tepe noktalarının sayısı ve tepe yüksekliği ile konum arasındaki fark bir bakışta anlaşılır. Görsel telif hakkı: E. Siegel / CMBfast
Bu nedenle yapılması gereken, i Aojie evreninde karanlık madde olup olmadığına bakmaktır.Diğer bir deyişle, kozmik mikrodalga arka planda bu sıcaklık dalgalanma zirvelerinin göreceli yüksekliğini, konumunu ve miktarını ölçmektir.Karanlık madde, normal madde, karanlık enerji ve Evrenin genişleme oranının göreceli bolluğundan kaynaklanır. Karanlık madde yoksa zirvenin sadece yarısının görülebilmesi çok önemlidir.Teorik modeli gözlem sonuçlarıyla karşılaştırırken karanlık maddeyle bir eşleşme vardır.Aşırı kütleçekimsel evren, karanlık madde içermeyen bir evreni etkin bir şekilde dışlar. .
Planck uydusundan gözlemlenen CMB'deki akustik zirvelerin modeli, karanlık madde içermeyen bir evreni etkin bir şekilde dışlıyor. Görsel telif hakkı: P.A.R. Ade ve diğerleri ve Planck Collaboration (2015)
Aslında, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunda (CMB), karanlık maddenin var olması gerektiğini söyleyen birçok zirve vardır. Zirve yüksekliğinin ve Hubble sabitinin ölçülen değeri yaklaşık 70 kM / s / MPC olup, evrenin yaklaşık% 68 karanlık enerji,% 27 karanlık madde,% 5 normal madde ve yaklaşık% 0.01 radyasyona sahip olduğunu ortaya koymaktadır. Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu (CMB), evrenin en eski resmidir.Işıkla fotoğraf çektiğimiz sürece, muhtemelen görebileceğimiz en eski fotoğraftır. Big Bang'den sonra 13,8 milyarın ardından bugün bile, karanlık maddenin varlığına dair kanıtlar ele geçirilebilir!
Brocade Park-Science Popularization Metin: Ethan Siegel / Forbes Science / S.W.A.B
