Det fineste kort over den kosmiske mikrobølgebaggrund – det svage bevis for universets tidlige form – har givet en præcis bekræftelse af kosmos alder og dens ekspansionshastighed. Men for nogle forskere tilbyder resultaterne en frustrerende mangel på ledetråde til større kosmologiske mysterier
Et nyt billede af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling til en del af himlen – det zoomede i området er ca. 20 gange månens bredde, set fra Jorden
Vores seneste og bedste kort over det tidlige univers er fem gange mere detaljeret end noget, vi har haft før, men selvom det netop sikkerhedskopierer den førende model for universet, er det også et dobbeltkantet sværd, fordi de nye data heller ikke giver nogen ledetråde til at løse nogle af kosmologiens største mysterier.
Kortet viser den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), en svag reststråling fra de tidlige stadier af universet. Det begyndte som det tidligste lys kun 380.000 år efter Big Bang, men milliarder af år af universet, der ekspanderer, har flyttet sin frekvens fra det synlige spektrum til mikrobølgeovn.
Nu har nye data fra Atacama Cosmology Telescope (ACT) givet os et klarere billede af CMB – omend kun fra halvdelen af himlen, der kan afbildes fra observatoriets placering i Chile.
Jo Dunkley ved Princeton University, der arbejdede på projektet, siger, at dataene er spikret ned med bedre præcision ingredienserne i universet, dets størrelse, dets alder og dens ekspansionshastighed. Men den virkelig vigtige opdagelse var, at intet modsatte den nuværende førende model af universet, kendt som Lambda-CDM.
Tidligere data satte universets alder på 13,8 milliarder år, og den hastighed, hvormed den udvides – kendt som Hubble -konstanten – ved 67 til 68 kilometer pr. Sekund pr. Megaparsec -afstand fra Jorden. ACT -data bekræfter i det væsentlige dette, men øger præcisionen og tilliden til disse fund.
The CMB was first mapped by NASA’s Cosmic Background Explorer (COBE) in the 1980s and 90s, then by NASA’s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) in the 2000s and then in yet greater detail by the European Space Agency’s Planck spacecraft from 2009 to 2013. Each mission provided successively more detailed maps of the CMB, advancing our knowledge of cosmology og forståelse af det tidlige univers.
En begrænsning af ACT er, at det er et jordbaseret teleskop, i modsætning til disse tidligere rumbaserede missioner, hvorfor det er begrænset til kun halvdelen af himlen. På trods af dette giver ACT ikke kun bedre opløsning og følsomhed end disse tidligere kort, men det måler også polariseringen af CMB, eller den orientering, i hvilken lysbølger svinger, hvilket afslører nogle oplysninger om, hvordan CMB -lyset har udviklet sig over tid.
”Ved at se på polariseringen af CMB i detaljer kunne vi have set noget andet. Vi kunne have set den standard kosmologiske model bryde,” siger Dunkley. “Fordi hver gang du ser på universet på en anden måde, kan du ikke være sikker på, at din originale model stadig fungerer. Vi var helt klar til at se noget, der afgår fra denne model, en vis subtilitet. Men det har vi ikke.”
Dette kan være betryggende for dem, der arbejder på Lambda-CDM, men har ikke været velkomne nyheder for alle forskere. Colin Hill ved Columbia University i New York siger, at han håbede på at se nogle beviser i dataene for et endnu ikke-uklaret fænomen-måske en ny type energi eller partikel-hvilket kunne hjælpe med at forklare den såkaldte Hubble-spænding: uoverensstemmelsen mellem udvidelseshastigheden i universet, der er givet af LambDA-CDM-standardmodellen, og hvad vi måler direkte.
”Vi er alle lige blevet sprængt af, hvor konsistente (ACT -data) virkelig er med standardmodellen. Vi prøver alle at stikke og fremkalde modellen fra forskellige aspekter og se efter et sted, hvor det vil knække, og hvor naturen vil give os noget at synke vores tænder i. Og indtil videre har naturen ikke givet den knæk,” siger Hill.
Han siger, at de mest levedygtige teorier for Hubble -spændingsforstyrrelsen kræver fænomener, som simpelthen ikke vises i ACT -dataene, som i øjeblikket er det bedste, vi har. Dette vil tvinge forskere tilbage til tegnebrættet for at søge en anden forklaring. ”De nye målinger vil placere teoretikere, inklusive mig selv, i en endnu strammere stræddersager,” siger Hill. ”Det uddyber mysteriet.”
ACT indsamlede de data, der udgør dette nye kort mellem 2017 og 2022, men er nu blevet lukket. Dunkley siger, at vi usandsynligt vil få et kort med højere opløsning i nogle år, selvom et nyt teleskop i Chile vil begynde at arbejde senere på året. Hvad angår den anden halvdel af himlen, er det sandsynligvis kun to lokationer på Jorden, der kan være i stand til at være vært for nye teleskoper, der ville give resultater: Grønland og Tibet. Dunkley siger, at grønland desværre endnu ikke har den nødvendige infrastruktur til et sådant projekt, og Tibet er politisk følsom.
Jens Chluba ved University of Manchester, UK, siger, at selvom forskere på projektet allerede har arbejdet med dataene, vil den åbne frigivelse af ACT -kortet nu udløse en flurry af aktivitet.
”Hele kosmologisamfundet kan få deres hænder på dataene og gøre al slags tværanalyse med deres datasæt,” siger Chluba. ”Det er super spændende, og jeg er temmelig sikker på, at der vil være en burst af opfølgningspublikationer efter dette.”