Wszechświat niemal idealny

CMB
Obraz całego nieba pokazujący różnicę w precyzji danych zebranych przez satelitę WMAP (lewa część obrazu oraz fragment poniżej z lewej)   oraz satelitę Planck (prawa część i fragment po prawej na dole). Planck zbierał dane 15,5 miesięcy, WMAP - 9 długich lat.
Źródło: ESA and the Planck Collaboration; NASA / WMAP Science Team
Obraz w dużej rozdzielczości tutaj.
Kosmologowie z napięciem czekali na oficjalne ogłoszenie wyników misji Planck, który w maju 2009 wraz z satelitą Herschel wystartował z Gujany Francuskiej na pokładzie Ariane 5. 21 marca w Paryżu ogłoszono rezultaty misji Planck.


Nie były to pierwsze wyniki, bo częściowe rezultaty były prezentowane wcześniej. Jednak sygnał mikrofalowego promieniowania tła nałożony jest na to co bliżej nas - promieniowanie naszej Galaktyki, innych galaktyk i gromad galaktyk - i należało się z tym uporać. Planck wyposażony jest w układ detektorów czułych w zakresie 30 - 857 GHz. Dzięki temu można rozróżnić co jest prawdziwym sygnałem promieniowania CMB, a co sygnałem płynącym z obiektów przesłaniających sygnał CMB. Ten tzw. pierwszy plan należało usuną, aby wydobyć delikatne świecenie Wszechświata sprzed 13 miliardów lat. Z pierwszym dniem kalendarzowej wiosny otrzymaliśmy najdokładniejszy obraz wczesnego Wszechświata.


Promieniowanie CMB jest najstarszym promieniowaniem, które możemy obserwować. Zanim fotony CMB zaczęły podróż w czasoprzestrzeni, nieustannie zderzały się ze swobodnymi protonami i elektronami. Stopniowo Wszechświat rozszerzał się i ochładzał. W końcu temperatura spadła do 3000K i elektrony połączył się z protonami tworząc neutralny wodór, główny składnik materii. Dla fotonów zrobiło się miejsce i zaczęły podróż. Dla uproszczenia mówi się , że fotony CMB po drodze do nas nie oddziaływały z materią, ale nie do końca jest to prawda. Część promieniowania podróżując do nas przez 13 miliardów lat przechodziła przez chmury materii, dzięki czemu możemy dziś wysnuwać wnioski, jak Wszechświat ewoluował ze świata dziecięcego na redshifcie z=3000 do chwili obecnej, czyli do redshiftu z=0.


Planck przez pierwsze 15,5 miesiąca zbierał dane z całego nieba tworząc mapę złożona z 15 milionów pikseli. Wygląda ona jak namalowana ręka dziecka, ale dla astrofizyków niesie bardzo dużo informacji  - kolory odzwierciedlają temperaturę CMB, a z niej można wywnioskować gdzie znajdowały się obszary gęstsze, które dały początek przyszłym gromadom galaktyk, galaktykom, planetom i nam.


Obraz pokazany przez Plancka jest w ogólności zgodny z przewidywaniami i modelami, ale nie idealny. Zgodny z modelami jest w małych skalach kątowych, w dużych odbiega od modelu standardowego i zadziwia naukowców. CMB jest światłem spolaryzowanym w kilku procentach, ale dane o polaryzacji wymagają dalszej analizy.


Z danych satelity Planck wynika, że stała Hubble'a jest nieco mniejsza i wynosi 67,3 ±1,2 km/s/Mpc wobec wcześniejszej wartości 70,4. Oznacza to, że Wszechświat rozszerza się obecnie nieco wolniej niż myśleliśmy - prędkość wzrasta o 67,3 km/s co milion parseków. Więcej jest również normalnej materii, tej z której jesteśmy zbudowani (4,9%, było 4,5%,), i tej ciemnej, której istnienia domyślamy się z pośrednich pomiarów oddziaływania grawitacyjnego (26,8%, było 22,7%). Mniej jest za to dominującej we Wszechświecie tajemniczej ciemnej energii, która odpowiada za ekspansję przestrzeni (68,3%, było 72,8%). Wszechświat jest też odrobinę starszy, ma 13,81 ± 0.05 mld lat, zamiast wcześniej postulowanych 13,7 mld lat; ma zatem, bagatela, 100 mln lat więcej.


W konstruowaniu satelity zastosowano nowe technologie pozwalające na schłodzenia odbiorników nadciekłym helem3 i helem4 do temperatury 0,1K (-272,9oC), czułość instrumentów sięgała 10-6K.


Wyniki analiz danych z satelity Planck zostały opublikowane w serii artykułów dostępnych pod poniższym linkiem:

http://www.sciops.esa.int/index.php?project=PLANCK&page=Planck_Published_Papers


Mapa CMB "oczami Plancka" w APOD


O satelicie Planck w Orionie:

Satelita Planck po roku pracy , 1 VIII, 2010

Planck sięga tam, gdzie wzrok nie sięga, X 2010

Herschel i Planck w drodze do L2 23 maj 2009


Karolina Zawada | Źródło: ESA

Liczba odsłon: 2077