En af de hellige gral i kosmologi er et tilbageblik på de tidligste epoker af kosmisk historie. Desværre er universets første par hundrede tusinde år indhyllet i en uigennemtrængelig tåge. Indtil videre har ingen været i stand til at se forbi det til Big Bang. Det viser sig, at astronomer fliser væk ved den kosmiske tåge ved at bruge data fra Atacama Cosmology Telescope (ACT) i Chile.
Act målte lys, der først blev udsendt i Baby Universe omkring 380.000 år efter Big Bang. Ifølge konsortiumdirektøren Suzanne Staggs åbnede målingen vinduet til et tidspunkt, hvor de første kosmiske strukturer begyndte at samles. ”Vi ser de første skridt hen imod at lave de tidligste stjerner og galakser,” sagde hun. “Og vi ser ikke bare lys og mørke, vi ser polariseringen af lys i høj opløsning. Det er en definerende faktor, der skelner fra Planck og andre, tidligere teleskoper.”
De klarere data og billeder fra ACT hjælper også forskere med at forstå lige hvornår og hvor de første galakser begyndte at dannes. Hvis ACT -dataene bekræftes, repræsenterer de det tidligste babybillede af universet, der viser forskere, hvordan frøene fra galakser lignede kun et par hundrede tusinde år efter Big Bang.
Hvordan handling gav et kosmisk babybillede
Stagg og andre i ACT -samarbejdet fokuserede på meget subtile variationer i densiteten og hastigheden af gasser i det meget unge univers. Ifølge lovens vicedirektør Mark Devlin var det en langvarig proces. “For at foretage denne nye måling havde vi brug for en 5-årig eksponering med et følsomt teleskop indstillet for at se millimeter-bølgelængde lys,” sagde han og påpegede, at observationer krævede meget følsomme detektorer og computerstøtte.
Samarbejdet målte polariseringen af lys fra den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB). Det er den svage mikrobølge -glød, der fylder plads. Det er det ældste lys i universet og repræsenterer en epoke, når lys først var i stand til at bevæge sig frit gennem det voksende spædbarnsunivers. Før den tid blev pladsen fyldt med et såkaldt “primordial plasma.” Det var for varmt til at give lys mulighed for at udbrede sig.
Så i det væsentlige var alt og hvert sted mørkt. CMB er den svage glød af lys, der endelig var i stand til at rejse frit. Det viser små temperatursvingninger i forskellige regioner, der indikerer variationer i densiteten af gas og hvordan den bevægede sig gennem rummet. Tænk på disse variationer som “frø” af fremtidige stjerner og galakser.
En lille del af lyset fra CMB blev polariseret, da det interagerede med de tidligste “densitetsstrukturer” i spædbarnetsuniverset. I det væsentlige vibrerer det i en anden retning end resten af lyset. Lette bølger vibrerer i alle retninger, men de kan forskydes i en meget specifik retning, når de rammer en overflade.
Her på jorden er den nemmeste måde at forstå dette på at sætte et par polariserede solbriller på. De blokerer for horisontalt polariserede lysbølger, der sprænger overflader som vand. I rummet, når en lysbølge rammer en sky af gas, polariserer den den og ændrer dens vibrationsretning. Polariseringen kan afsløre oplysninger om det objekt, der omdirigerede lysbølgen. I dette tilfælde blev det forårsaget, da det tidligste lys sprang ud af densitetsstrukturerne, der eksisterede dengang.
Graving i polariseret lys fra CMB
ACT er ikke det første teleskop, der studerer denne for længe siden af den kosmiske historie. Planck -satellitten målte for eksempel også CMB’s svage lys. ACT gjorde en bedre, ifølge teammedlem Sigurd Naess. “ACT har fem gange løsningen af Planck og større følsomhed,” sagde Naess, en forsker ved University of Oslo og en hovedforfatter af et af flere papirer relateret til projektet. “Dette betyder, at det svage polarisationssignal nu er direkte synligt.”
Polarisationsbillederne opnået ved lov afslører den detaljerede bevægelse af brint- og heliumgas i det tidlige univers. “Før fik vi se, hvor tingene var, og nu ser vi også, hvordan de bevæger sig,” sagde Staggs. “Ligesom at bruge tidevand til at udlede månens tilstedeværelse, fortæller bevægelsen, der spores af lysets polarisering, os, hvor stærk tyngdekraften var i forskellige dele af rummet.”
Handlingsbilleder af polariseret lys fra CMB viser meget subtile variationer i densiteten og hastigheden af de gasser, der fyldte det unge univers. Hvad der ligner uklare skyer i lysets intensitet er mere og mindre tætte regioner i et hav af brint og helium. Disse regioner strækkede sig over millioner af lysår. Til sidst trak tyngdekraften de tættere områder sammen for at danne stjerner og galakser. Deres detaljerede udseende på en sådan tidlig epoke af kosmisk tid hjælper forskere med at besvare nogle vanskelige spørgsmål om universets fødsel.
“Ved at se tilbage på den tid, hvor tingene var meget enklere, kan vi dele historien om, hvordan vores univers udviklede sig til det rige og komplekse sted, vi befinder os i i dag,” siger Jo Dunkley, Joseph Henry -professor i fysik og astrofysiske videnskaber ved Princeton University og ACT -analyselederen.
Afslører mere
Dataene fra ACT indeholder også oplysninger om andre genstande i rummet, herunder Mælkevejen, andre galakser og galakseklynger. På en måde sporer det universets udvikling fra dets spædbarn til moderne tid. Men disse data peger også mod noget andet, ifølge Erminia Calabrese, en hovedforfatter af et af flere artikler om lovobservationer, herunder en, der er sendt til arxiv Preprint Server.
“Vi har målt mere præcist, at det observerbare univers udvider næsten 50 milliarder lysår i alle retninger fra os og indeholder så meget masse som 1.900 ‘Zetta-Suns,” eller næsten 2 billioner billioner solskin, “sagde Calabrese.” Af disse 1.900 zetta-suns, massen af normal stof-den slags vi kan se og mål-Makes up. On. Dark stof, og svarende til 1.300 er den dominerende vakuumenergi (også kaldet mørk energi) af tomt rum. “
ACTs nye data hjalp også forskere med at forfine universets alder til en meget mere præcis grænse på 13,8 milliarder år. De kan også hjælpe forskere med at forstå mere om, hvor hurtigt det vokser i moderne tid. Disse nye målinger vil hjælpe forskere, når de forbereder sig på at gå over til det nye Simons -observatorium i Chile. Ligesom ACT vil det også være fokuseret på undersøgelser af CMB og vil observere store skår af himlen ved flere frekvenser.