Distribuţia materieiObţinută de telescopul spaţial al ESA (Planck), cea mai detaliată hartă realizată vreodată a radiaţiei cosmice de fond, o relicvă a Big Bangului, a fost prezentată la 21.03.2013, punând în discuţie fundamentele înţelegerii noastre actuale a Universului.

 

 

 

Cea mai detaliată hartă a Universului, realizată de telescopul spaţial Planck, dezvăluie un Univers aproape perfect. Date fundamentale, ca viteza de expansiune a Universului şi vârsta Universului au acum noi valori.

 

Imaginea se bazează pe datele transmise de telescopul spaţial Planck în primele 15,5 luni de activitate şi este prima imagine a misiunii cu întreg cerul care surprinde cea mai veche lumină din Univers, imprimată pe cer pe când avea doar 380.000 de ani.

Harta Universului. Radiaţia cosmică de fond

Anizotropia radiaţiei cosmice de fond (cosmic microwave background - CMB), aşa cum a fost observată de Planck. CMB este un instantaneu al celei mai vechi lumini din Universul nostru, imprimată pe cer pe când Universul avea doar 380.000 de ani. Acesta prezintă fluctuaţii mici de temperatură care corespund regiunilor de densităţi uşor diferite, reprezentând sursa tuturor structurilor viitoare: stelele şi galaxiile de astăzi.
Imagine: European Space Agency - ESA

 

La acel moment, tânărul Univers era umplut  cu o supă densă şi fierbinte de protoni, electroni şi fotoni care au interacţionat la o temperatură de aproximativ 2700ºC.

Când protonii şi electronii s-au alăturat formând atomi de hidrogen, lumina a fost eliberată. Pe măsură ce Universul s-a extins, această lumină a fost supusă la întindere dând naştere la lungimile de undă ale microundelor din prezent, temperatura lor fiind echivalentă cu doar 2,7 grade peste zero absolut.  

Acest „fond cosmic de microunde” - CMB - prezintă mici fluctuaţii de temperatură care corespund regiunilor cu mici diferenţe de densitate din fazele cele mai timpurii şi reprezentând sursa tuturor viitoarelor structuri: stelele şi galaxiile de azi.

Conform modelului standard al cosmologiei, fluctuaţiile au apărut imediat după Big Bang şi au fost întinse la o scară cosmologică într-o perioadă scurtă de expansiune accelerată cunoscută sub denumirea de inflaţie.


Fluctuaţii radiaţia cosmică de fond

 

Când se compară cu cele mai adecvate observaţii ale modelului standard al cosmologiei, harta de înaltă precizie a telescopului Planck dezvăluie că fluctuaţiile din radiaţia cosmică de fond la scară mare nu sunt atât de mari pe cum era de aşteptat. Fotografia arată o hartă derivată din diferenţa dintre cele două şi care este reprezentativă pentru cum ar putea arăta anomaliile.

Telescopul spaţial Planck a fost conceput pentru a face harta acestor fluctuaţii pentru tot cerul cu o rezoluţie şi sensibilitate mai mare decât oricând înainte. Analizând natura şi distribuţia surselor din imaginea CBM a telescopului, se pot determina compoziţia şi evoluţia Universului de la naşterea sa până în prezent. În general, informaţiile extrase din noua hartă a lui Planck oferă o foarte bună confirmare a modelului standard al cosmologiei, cu o precizie fără precedent, stabilind un nou reper pentru modul în care considerăm conţinutul Universului.   

Dar datorită preciziei atât de înalte a hărţii telescopului Planck, ea a făcut posibilă, de asemenea, descoperirea unor caracteristici specifice inexplicabile care ar putea necesita o nouă fizică pentru a putea fi înţelese. „Calitatea extraordinară a portretului făcut de Planck pentru Universul timpuriu ne permite să îndepărtăm straturile sale până la bazele Universului, dezvăluind faptul că modelul nostru pentru cosmos este departe de a fi complet. Astfel de descoperiri au devenit posibile datorită tehnologiilor unice dezvoltate în acest scop de industria europeană” spune Jean-Jacques Dordain, Director general al ESA.   

„De la realizarea de către telescopul Planck a primei imagini a întregului cer, din 2010, noi am extras cu grijă şi am analizat toate emisiile de prim-plan care se află între noi şi prima lumină a Universului, dezvăluind radiaţia cosmică de microunde de fond, în cel mai detaliat mod de până acum”, adaugă George Efstathiou de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie.


Distribuţia materiei

Distribuţia materiei


Una dintre constatările cele mai surprinzătoare este faptul că fluctuaţiile de temperaturi din fondul cosmic de radiaţii la o scară unghiulară mare nu se potrivesc cu cele prezise de modelul standard - semnalele lor nu sunt la fel de puternice pe cum era de aşteptat pe baza structurii la o scară mai mică relevată de telescopul Planck. O altă constatare se referă la o asimetrie a temperaturilor medii din emisferele opuse ale cerului. Aceasta este în contradicţie cu predicţia făcută de modelul standard conform căreia în linii mari, Universul este acelaşi în orice direcţie am privi. 

Mai mult, o pată rece se extinde pe un petec de cer, care este mult mai mare decât era de aşteptat. Asimetria şi pata rece au fost deja sugerate de predecesorul telescopului Planck, misiunea WMAP a NASA, dar au fost în mare parte ignorate datorită unor îndoieli persistente cu privire la originea lor cosmică.    

„Faptul că telescopul Planck a realizat o astfel de detectare semnificativă a acestor anomalii înlătură orice dubii cu privire la realitatea lor; nu se mai poate spune că ele sunt imagini false ale măsurătorilor. Ele sunt reale şi se caută o explicaţie credibilă”, spune Paolo Natoli de la Universitatea din Ferrara, Italia. „Imaginaţi-vă că se investighează fundaţiile unei case şi se constată că o parte din ele sunt slabe. S-ar putea să nu ştim dacă deficienţele vor duce la răsturnarea în cele din urmă a casei, dar este probabil, cu toate acestea, că vom căuta destul de repede modalităţi de consolidare”, adaugă François Bouchet de la Institutul de Astrofizică din Paris.


Istoria Universului

Istoria Universului relevată de telescopul Planck


Una din modalităţile de explicare a anomaliilor este de a considera că Universul ne este de fapt acelaşi în toate direcţiile pe o scară mai mare decât putem noi observa. În acest scenariu, razele de lumină din fondul cosmic de radiaţii pot avea trasee mult mai complicate prin Univers decât am considerat până acum, rezultând modelele neobişnuite observate azi. 

„Scopul nostru final este de a construi un nou model care prezice anomaliile şi le interconectează. Dar aceasta este începutul; până în prezent, noi nu ştim dacă acest lucru este posibil şi ce fel de fizică nouă ar fi necesară. Ori asta este incitant”, spune profesorul Efstathiou.

O nouă reţetă cosmică

Dincolo de anomalii, oricum, datele oferite de telescopul Planck sunt spectaculos de conforme cu aşteptările privind un model destul de simplu al Universului, permiţând oamenilor de ştiinţă să extragă cele mai rafinate valori pentru ingredientele sale. Materia normală care compune stelele şi galaxiile contribuie doar cu 4,9% la masa/energia Universului. Materia întunecată, care până în prezent a fost detectată numai indirect, prin influenţa sa gravitaţională, constituie 26,8%, cu aproape o cincime mai mult decât estimarea anterioară. În schimb, energia întunecată, o forţă misterioasă considerată a fi responsabilă pentru expansiunea accelerată a Universului, reprezintă mai puţin decât se credea anterior.


Istoria Universului
Anomaliile


În final, datele telescopului spaţial Planck indică, de asemenea, o nouă valoare pentru rata cu care se extinde Universul în prezent, cunoscută sub denumirea de constanta Hubble. Cu cei 67,15 kilometri pe secundă pe megapersec, aceasta este semnificativ mai mică decât valoarea standard curentă din astronomie. De aici rezultă că vârsta Universului este de 13,82 miliarde de ani. „Cu hărţile cele mai exacte şi detaliate ale cerului pe baza microundelor cosmice, Planck ne oferă o imagine nouă a Universului care ne împinge la limitele înţelegerii teoriilor cosmologice actuale”, spune Jan Tauber, om de ştiinţă care lucrează la proiectul Planck al ESA.

„Constatăm o potrivire aproape perfectă cu modelul standard al cosmologiei, dar cu caracteristici ciudate care ne forţează să regândim unele dintre ipotezele noastre de bază”. 

„Acesta este începutul unui drum nou şi ne aşteptăm ca analiza continuă a datelor oferite de telescopul Planck să ne ajute să facem lumină în cazul acestei enigme”.



Traducere de Mircea Moldovan după planck-reveals-universe cu acordul editorului