Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» Георге Ефстафиу (George Efstathiou) из Кембриджского университета (Великобритания) - презентация

1 Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» Георге Ефстафиу (George Efstathiou) из Кембриджского университета (Великобритания) от лица группы учёных, работающих с космическим телескопом «Планк», объявил итоги общего «картографирования Вселенной», которое было главной задачей телескопа. «Планк» отправился на небеса в мае 2009 года, чтобы просканировать всю небесную сферу в поисках точных данных об интенсивности и особенностях реликтового излучения. Как отмечают авторы работы, полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла скорости расширения Вселенной в данный момент её истории. Теперь она оценивается в 67,15 км/с на мегапарсек. Иными словами, два объекта, разделённые примерно 3,26 млн световых лет, разлетаются благодаря расширению Вселенной со скоростью в 67,15 км/с. Рис. 1. карта неоднородностей реликтового излучения. Рис 2 – основные результаты.

2 Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» Рис. 1. карта неоднородностей реликтового излучения. Видны зоны с повышенным реликтовым фоном (оранжевый цвет) и пониженным (синий). Рис. 2. Спектр разложения карты (рис. 1) по угловым гармоникам. Пики спектра акустические (сахаровские) осцилляции, природа которых описана в [1] и [3]). Сплошная кривая на верхней панели результат подгонки спектра стандартной космологической моделью, см. [1]. Нижняя панель остаточный спектр (residuals) после вычитания подгоночной кривой. Из е-принта arxiv

3 Последние астрокосмические новости Сахаровские осцилляции (сейчас чаще в литературе говорят «акустические осциляции» – что это? Термин пошел из давней работы А.Д. Сахарова, 1963 г. В этой работе исследована эволюция акустических колебаний вещества в ранней Вселенной и получен очень интересный красивый результат. В ранней Вселенной изначально возникли неоднородности плотности материи. По современным представлениям, неоднородности возникают как квантовые флуктуации во время космологической инфляции (раздувания), в первые секунды. Через доли секунды эти неоднородности оживают и начинают колебаться как звуковые волны. Сейчас мы знаем, что среда во Вселенной (как в ранней, так и в современной) состоит из преобладающей темной материи и обычного вещества, которые взаимодействуют только через гравитацию и во многих отношениях ведут себя независимо друг от друга. Акустическим колебаниям подвержено только обычное вещество.

4 Последние астрокосмические новости Из физики первых мгновений (см. ) с/(3) Что происходит с первичными возмущениями при расширении Вселенной? Они становятся акустическими волнами, двигающимися со скоростью звука, участвуя в общем расширении. Хорошо известно, чему равна скорость звука в самой ранней Вселенной: с/(3), где с скорость света. Это результат так называемого ультрарелятивистского уравнения состояния, когда давление в среде равно одной трети плотности энергии, p = ε/3. Последняя включает энергию покоя частиц, поэтому в разреженном газе из холодных, а значит медленных, частиц давление много меньше плотности энергии, а скорость звука много меньше скорости света. Наоборот, ультрарелятивистское уравнение состояния возникает, когда в среде частицы двигаются со скоростью, близкой к скорости света. В горячей Вселенной ультрарелятивистское уравнение состояния держится довольно долго около 300 тыс. лет.

5 Последние астрокосмические новости Рис. 3. Результат разложения карты реликтового излучения, приведенной на рис. 1 (и подобных ему данных других экспериментов), по угловым гармоникам (мультиполям). Сплошная кривая результат теоретической подгонки, которая чувствительна к таким параметрам Вселенной, как кривизна пространства, средняя плотность вещества и темной материи. Цитата из статьи [3]: «Сидит человек и пишет формулы с невероятными цифрами: возраст Вселенной секунды, плотность грамм на см 3, что-то из них пытается вывести. Откуда убеждение, что на таких масштабах вообще работает наша логика, что к ним применимы законы, выведенные человеком? С точки зрения постороннего, ученый в данном случае занимается полными абстракциями, фантазиями на деньги налогоплательщиков. В результате значительных усилий человек выводит на бумаге, что распределение неких флуктуаций плотности во Вселенной должно описываться некой осциллирующей функцией Бесселя. Через десятилетия люди запускают космический аппарат с прецизионным приемником микроволнового радиоизлучения, испущенного миллиарды лет назад. И видят из карты этого излучения ту самую осциллирующую функцию Бесселя!»

6 Последние астрокосмические новости Сахаровские осцилляции – лучше, чем что-нибудь другое, помогают измерить целый ряд параметров нашей Вселенной, включая ее возраст и геометрию. Это примерно то же самое, как если бы на карте ранней Вселенной увидели бы масштабную линейку с делениями в мегапарсеках, да и не только линейку часы и целую «метеостанцию» с различимыми показаниями на циферблатах. Например, в самый длинноволновый пик, соответствующий одному колебанию, оказываются вовлечены массы порядка масс Солнца: десятки миллионов галактик. Или: высота главного пика над подложкой дает оценку плотности вещества во Вселенной, а положения пиков «чувствуют» геометрию пространства. Последнее свойство нетрудно понять: длина акустической волны, попавшей в максимум через 370 тыс. лет после Большого взрыва, фиксирована, а угол, под которым она сегодня видна, зависит от того, евклидово наше трехмерное пространство или нет. Именно из измерений положений пиков следует, что пространство на самом деле евклидово: сумма углов треугольника составляет в нем 180°, даже если речь идет о треугольниках со сторонами в десятки миллиардов световых лет.

7 Последние астрокосмические новости В частности, положение пиков весьма чувствительно к кривизне нашего трехмерного пространства Ω k, этот параметр примерно равен относительному отклонению суммы углов треугольника от 180º для треугольника размером с видимую часть Вселенной. Оказывается, наша Вселенная с хорошей точностью плоская на масштабе горизонта (Ω k = -0,037±0,043, если брать только данные WMAP, и Ω k = 0,001±0,012, если привлечь также данные наземных микроволновых телескопов). Высота главного пика чувствительна к относительному вкладу барионов в содержимое Вселенной. Соотношение между вторым и третьим пиками зависит от вклада темной материи. И так далее.

8 Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» Георге Ефстафиу (George Efstathiou) из Кембриджского университета (Великобритания) от лица группы учёных, работающих с космическим телескопом «Планк», объявил итоги общего «картографирования Вселенной», которое было главной задачей телескопа. «Планк» отправился на небеса в мае 2009 года, чтобы просканировать всю небесную сферу в поисках точных данных об интенсивности и особенностях реликтового излучения. Как отмечают авторы работы, полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла скорости расширения Вселенной в данный момент её истории. Теперь она оценивается в 67,15 км/с на мегапарсек. Иными словами, два объекта, разделённые примерно 3,26 млн световых лет, разлетаются благодаря расширению Вселенной со скоростью в 67,15 км/с.

9 Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» Полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла и процентные содержания темной энергии, темной материи и обычного вещества; и, похоже, отменили 4-й сорт нейтрино (которое требовало ввода весьма трудных предположений). Струн не видно. Уточнен возраст Вселенной – с 13.7 млрд. лет увеличен до 13.8 млрд. лет. В общем, ничего особенного, кроме…

10 «Ось Зла» В 2005 году на данных по исследованию микроволнового реликтового радиофона Вселенной (спутник WMAP) нашли некоторые глобальные неоднородности. Спорили, говорили - что ошибка измерений: речь, скорее всего, идёт о статической флуктуации.

11 Последние астрокосмические новости 21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк» В общем, ничего особенного, кроме… «…южное полушарие эклиптики даёт более тёплое реликтовое излучение, чем северное (их разделяет кривая). Да ещё и непонятное холодное пятно (обведено кругом)... Так что об изотропности Вселенной пока придётся забыть…» Опять – «Ось зла»?.. Борис Штерн: «Отсутствие сенсаций в релизе «Планка» пытаются возместить заявлениями об аномалиях в данных. Холодное (синее) пятно снизу справа на рис. 1 холоднее, чем надо, и спектр гармоник в интервале мультиполей 20–30 (рис.2) идет ниже, чем надо. Эти страшилки об аномалиях Вселенной (там есть еще «ось зла») с радостью подхватывают журналисты. На самом деле, все эти «аномалии» имеют маргинальную статистическую значимость, а в любом большом массиве данных всегда найдутся маргинально значимые отклонения. Но это еще не всё. Обработаны данные только за 2/5 срока работы «Планка». Точность еще вырастет, и, возможно, появится что-то действительно новое. Самое выдающееся, что могло бы появиться указание на реликтовые гравитационные волны в карте поляризации реликтового излучения. Правда, надежда на это не велика.»