Esittely
Noin 13,8 miljardia vuotta sitten, maailmankaikkeus sellaisena kuin me sen tiedämme, alkoi. Tämä hetki, joka tunnetaan nimellä Big Bang, on silloin, kun avaruus itse alkoi nopeasti laajentua. Ison räjähdyksen aikaan havaittavissa oleva maailmankaikkeus (mukaan lukien materiaalit vähintään 2 triljoonalle galakseille) mahtuu alle senttimetrin tilaan. Nyt havaittavissa oleva maailmankaikkeus on 93 miljardia valovuotta poikki ja laajenee edelleen.
Isosta räjähdyksestä on monia kysymyksiä, etenkin siitä, mitä sen edessä oli (jos jotain). Mutta tutkijat tietävät joitain asioita. Tutustu kaikkein mielenkiintoisimpiin löytöihin kaiken alusta.
Universumi laajenee
Vuoteen 1929 asti maailmankaikkeuden alkuperä oli peitetty kokonaan myytissä ja teoriassa. Mutta sinä vuonna yritteliäs tähtitieteilijä nimeltä Edwin Hubble löysi jotain erittäin tärkeätä maailmankaikkeudesta, jota avaa uusia tapoja ymmärtää sen menneisyyttä: Koko asia laajenee.
Hubble löysi löytönsä mittaamalla jotain nimeltään punasiirtymä, joka on siirtyminen kohti pidempiä, punaisia aallonpituuksia valoa, joka on nähty hyvin kaukana olevissa galakseissa. (Mitä kauemmaksi esine, sitä voimakkaampi punasiirtymä.) Hubble havaitsi, että punasiirtymä kasvoi lineaarisesti etäisyyden kanssa kaukaisissa galakseissa, mikä osoittaa, että maailmankaikkeus ei ole paikallaan. Se laajenee, kaikkialla, kerralla.
Hubble pystyi laskemaan tämän laajenemisen nopeuden, luku, joka tunnetaan Hubble-vakiona NASA: n mukaan. Juuri tämä löytö antoi tutkijoille mahdollisuuden ekstrapoloida takaisin ja teoreetisoida, että maailmankaikkeus oli kerran pakattu pieneen pisteeseen. He kutsuivat sen laajentumisen ensimmäistä hetkeä Big Bangiksi.
Kosminen mikroaaltosäteily
Toukokuussa 1964 Bell Telephone Laboratories -yrityksen tutkijat Arno Penzias ja Robert Wilson työskentelivät uuden radiovastaanottimen rakentamisessa New Jerseyssä. Heidän antenninsä ottivat jatkuvasti omituisen sumun, joka näytti tulevan kaikkialta, koko ajan. He ajattelivat, että laitteessa voisi olla kyyhkysiä, mutta pesien poistaminen ei tehnyt mitään. He eivät myöskään yrittäneet vähentää häiriöitä. Lopulta he tajusivat hakevansa jotain todellista.
Se mitä he havaitsivat, oli maailmankaikkeuden ensimmäinen valo: kosminen mikroaaltosäteily. Tämä säteily juontaa juurensa noin 380 000 vuoteen Ison räjähdyksen jälkeen, kun maailmankaikkeus lopulta jäähtyi tarpeeksi fotonien (valoa muodostavien aallonmuotoisten hiukkasten) kuljettamiseksi vapaasti. Löytö tuki Big Bang -teoriaa ja ajatusta, että maailmankaikkeus laajeni nopeammin kuin valon nopeus ensimmäisessä hetkessä. (Tämä johtuu siitä, että kosminen tausta on melko yhtenäinen, mikä viittaa kaiken sujuvaan laajenemiseen kerralla pienestä kohdasta.)
Taivaskartta
Kosmisen mikroaaltotaustan löytäminen avasi ikkunan maailmankaikkeuden alkuperään. Vuonna 1989 NASA käynnisti satelliitin nimeltä Cosmic Background Explorer (COBE), joka mittasi pieniä variaatioita tausta säteilyssä. Tuloksena oli "vauvakuva" maailmankaikkeudesta, NASA: n mukaan, joka näyttää joitain ensimmäisistä tiheyden muutoksista laajentuvassa maailmankaikkeudessa. Nämä pienimuotoiset variaatiot todennäköisesti aiheuttivat galaksien ja tyhjän tilan mallin, joka tunnetaan nimellä galaksien kosminen verkko, jonka näemme nykyään maailmankaikkeudessa.
Suorat todisteet inflaatiosta
Kosmisen mikroaaltouuni-tausta antoi tutkijoille mahdollisuuden löytää "tupakointipistooli" inflaatioon - siihen massiiviseen, valoa nopeampaan laajentumiseen, joka tapahtui Isolla räjähdyksellä. (Vaikka Einsteinin teoreettisesta suhteellisuusteoriasta käy ilmi, että mikään ei mene valon läpi nopeammin, se ei ollut rikkomus; itse avaruus laajeni.) Vuonna 2016 fyysikot ilmoittivat havainneensa tietyntyyppisen polarisaation tai suuntaavuuden joissain kosmisen mikroaaltotausta. Tätä polarisaatiota kutsutaan "B-moodiksi". B-moodin polarisaatio oli ensimmäinen suora todiste painovoima-aalloista isosta räjähdyksestä. Painovoima-aallot syntyvät, kun avaruudessa olevat massiiviset esineet nopeutuvat tai hidastuvat (ensimmäiset, jotka koskaan löydettiin, tulivat kahden mustan aukon törmäyksestä). B-moodit tarjoavat uuden tavan koettaa varhaisen maailmankaikkeuden laajentumista - ja ehkä selvittää, mikä ajoi sitä.
Ei ylimääräisiä mittoja toistaiseksi
Yksi gravitaatioaaltotutkimuksen seuraus oli, että se antoi tutkijoille mahdollisuuden etsiä muita ulottuvuuksia tavanomaisten kolmen ulkopuolelle. Teoreetikkojen mukaan painovoima-aaltojen tulisi kyetä tunkeutumaan tuntemattomiin ulottuvuuksiin, jos ne ovat olemassa. Lokakuussa 2017 tutkijat havaitsivat painovoima-aallot kahden neutronitähden törmäyksestä. He mittasivat ajan, joka kului aaltojen kuljettamiseen tähtiin Maahan, ja he eivät löytäneet todisteita ylimääräisestä vuodosta.
Tulokset, jotka julkaistiin heinäkuussa 2018 lehdessä Cosmology and Astroparticle Physics, viittaavat siihen, että jos siellä on muita ulottuvuuksia, ne ovat pieniä - ne vaikuttaisivat maailmankaikkeuden alueisiin, joiden koko on alle 1 maili (1,6 km). Tämä tarkoittaa, että jousiteoria, jonka mukaan maailmankaikkeus on tehty pienistä värisevistä jousista ja ennustaa vähintään 10 teensyä ulottuvuutta, voisi silti olla totta.
Laajeneminen kiihtyy ...
Yksi fysiikan kummallisimmista löytöistä on, että maailmankaikkeus ei vain laajene, vaan se laajenee kiihtyvällä nopeudella.
Löytö juontaa juurensa vuoteen 1998, jolloin fyysikot ilmoittivat useiden pitkäaikaisten hankkeiden tulokset, joissa mitattiin erityisen raskaita supernovoja, nimeltään Type Ia supernovas. Tulokset (jotka voittivat tutkijoiden Saul Perlmutterin, Brian P. Schmidtin ja Adam G. Reissin Nobel-palkinnon vuonna 2011) paljastivat odotettua heikomman valon kaukaisimmasta näistä supernovista. Tämä heikko valo osoitti, että avaruus itse laajenee: Kaikki maailmankaikkeudessa on vähitellen kauempana kaikesta muusta.
Tutkijat kutsuvat tämän laajenemisen ohjaajaa "pimeäksi energiaksi" salaperäiseksi moottoriksi, joka voisi muodostaa noin 68% maailmankaikkeuden energiasta. Tämä tumma energia näyttää olevan ratkaisevan tärkeä, jotta maailmankaikkeuden alun teoriat sopivat nyt suoritettaviin havaintoihin, kuten NASA: n Wilkinsonin mikroaaltouuni-anisotrooppinen koetin (WMAP), instrumentti, joka on tuottanut tarkemman kosmisen kartan. mikroaaltouuni tausta vielä.
… Jopa odotettua nopeammin
Uudet tulokset huhtikuussa 2019 julkaistusta Hubble-teleskoopista ovat syventäneet laajentuvan maailmankaikkeuden palapeliä. Avaruusteleskoopin mittaukset osoittavat, että maailmankaikkeuden laajeneminen on 9% nopeampaa kuin aikaisemmissa havainnoissa odotettiin. Galaksien kohdalla jokainen 3,3 miljoonan valovuoden etäisyys Maasta kääntyy 46 lisämittaukseen sekunnissa (74 km sekunnissa) nopeammin kuin aiemmat laskelmat ennustettiin, NASA: n mukaan.
Miksi tällä on merkitystä maailmankaikkeuden alkuperälle? Koska fyysikoilta täytyy puuttua jotain. NASA: n mukaan suurpaineen aikana ja pian sen jälkeen on saattanut tapahtua kolme erillistä pimeän energian "pursketta". Nuo purskeet asettavat vaiheen sille, minkä näemme tänään. Ensimmäinen on saattanut aloittaa alkuperäisen laajennuksen; toinen on saattanut tapahtua paljon nopeammin, käyttäytyen kuin universumin kaasupolkimeen painettu raskas jalka, aiheuttaen maailmankaikkeuden laajenemisen nopeammin kuin aiemmin uskoi. Viimeinen tumman energian purske voi selittää maailmankaikkeuden kiihtyvän laajentumisen tänään.
Mikään näistä ei ole todistettu - vielä. Mutta tutkijat etsivät. Texasin yliopiston Austin McDonaldin observatorion tutkijat käyttävät äskettäin päivitettyä instrumenttia, Hobby-Eberly-kaukoputkea, etsimään tummaa energiaa suoraan. Projekti, Hobby-Eberly-teleskoopin tumman energian koe (HETDEX), mittaa heikkoa valoa galakseista jopa 11 miljardia valovuotta, mikä antaa tutkijoille mahdollisuuden nähdä muutokset maailmankaikkeuden kiihtyvyydessä ajan myötä. He tutkivat myös häiriöiden kaikuja 400 000 vuotta vanhassa maailmankaikkeudessa, joka on muodostettu tiheään hiukkaskeittoon, joka muodosti kaiken heti Ison räjähdyksen jälkeen. Tämäkin paljastaa laajentumisen mysteerit ja selittää sitä virranneen pimeän energian.
