В поисках эха зарождения Вселенной

Предполагается, что с помощью космического телескопа Нэнси Роман (RST) возможно обнаружить следы звуковых волн, которые когда-то распространялись в первозданном океане космоса.
Согласно новым моделям, наблюдения RST могли бы расширить эти измерения до неизведанных эпох между зарождением Вселенной и сегодняшним днём. Изучение отголосков этих времён поможет нам проследить эволюцию Вселенной и решить насущные космические загадки.

Звуковые волны зарождающейся Вселенной, называемые барионными акустическими колебаниями (БАК), оставили свой след в космосе, оказывая влияние на распределение галактик.
Учёные исследовали эти отголоски, дойдя до глубины времён, когда Вселенной было три миллиарда лет, или примерно 20% от её нынешнего возраста, равного 13,8 миллиарда лет.
Именно для изучения этой эпохи (3 млрд. лет) оптимизированы исследования при помощи телескопа RST. Теперь же группа учёных продемонстрировала, что миссия способна заглянуть ещё глубже в прошлое, чтобы изучить эхо, оставленное БАК в космосе.

"Это невозможно сделать в лаборатории, поэтому мы создали имитации вселенных и произвели моделирование, - говорит Сиддхартх Сатпати, руководитель исследования и доктор наук по вычислительной астрофизике. - Мы были взволнованы, обнаружив, что телескоп RST достаточно оснащён для исследований отголосков БАК в ранней Вселенной".

Выводы группы учёных были опубликованы 11 сентября 2020 года в "Ежемесячных сообщениях Королевского астрономического общества".


Горячий "суп" из плазмы

Первые полмиллиона лет Вселенная выглядела совершенно иначе, чем сегодня. Она не была усыпана звёздами и галактиками, вместо этого космос был заполнен морем плазмы - заряженных частиц, которые образовывали плотную, почти однородную среду.

Возникали незначительные флуктуации - примерно одна частица на 100000. В результате этих отклонений появлялись небольшие уплотнения материи, это можно сравнить с одной унцией корицы, посыпанной на 13000 чашек теста для печенья.
Благодаря чуть большей массе уплотнений, они притягивали к себе дополнительное вещество.

Очень высокие температуры не позволяли частицам слипаться при столкновении – они просто отскакивали друг от друга. Чередование гравитационного притяжения и этого отталкивающего эффекта создавало волны давления - звук, который распространялся в плазме.

По мере остывания Вселенной частицы объединялись, образуя нейтральные атомы. Поскольку частицы перестали отталкивать друг друга, прекратилось распространение волн. Однако их следы все ещё остаются во Вселенной, запечатлённые в космическом пространстве.


Замёрзшее эхо

Когда образовались атомы, рябь волн по сути застыла на месте, заключая в себе немного больше вещества, чем в среднем во Вселенной. С исчезновением отталкивающего давления плазмы доминирующей силой стала гравитация.

В течение сотен миллионов лет сгустки плазмы, некогда заполнявшей Вселенную, поглощали всё больше вещества, преобразуясь в звёзды.
Их взаимная гравитация создавала группы звёзд, в конечном итоге сформировав галактики, которые мы видим сегодня. И вдоль застывших волн образовалось немного больше галактик, чем в других областях космоса.

Хотя распространение волн прекратилось, застывшая рябь растягивалась по мере расширения Вселенной, увеличивая расстояние между галактиками.
Изучая распределение галактик в различные космические эпохи, мы можем исследовать, как расширялась Вселенная с течением времени.

"БАК оставили в космосе свой след, и мы продолжаем его исследовать, - сообщает соавтор работы Руперт Крофт, профессор физики в Университете Карнеги-Меллона. - Изучая отпечатки БАК в неизученной области, мы можем отыскать космические реликты, которые позволят нам получить новую информацию о силах, сформировавших Вселенную".

По результатам исследования локальной Вселенной учёные выявили закономерность в группировании галактик.
Для любой галактики можно найти другую галактику на расстоянии около 500 миллионов световых лет с большей вероятностью, чем немного ближе или дальше.
Но если заглянуть глубже в космос, в более ранние космические времена, то это расстояние - след застывших волн БАК - будет уменьшаться.

Ожидается, что телескоп RST разовьёт предыдущие исследования, составив карту расширения Вселенной в беспрецедентных деталях.
Сатпати и его команда показали, что телескоп способен изучать следы БАК на гораздо большем расстоянии (примерно в пять раз), чем изначально планировалось, то есть заглянуть в то время, когда Вселенной было всего 600 миллионов лет, а это примерно 4% от её нынешнего возраста.

Изучение того, как расширялся космос с течением времени, позволит учёным исследовать тёмную энергию - таинственное воздействие, которое ускоряет расширение Вселенной.
RST оптимизирован для изучения космоса в поисках отпечатков БАК в середине их существования, потому что именно тогда, по мнению учёных, тёмная энергия перешла от незначительной составляющей содержимого Вселенной к самой доминирующей силе.

Некоторые теории выдвигают гипотезу о вспышке активности тёмной энергии в гораздо более юной Вселенной. Возможно, заглянув дальше в её прошлое, мы сможем сложить детали головоломки.

"До сих пор мы не изучали отпечатки БАК очень ранней Вселенной, поскольку для этого нам необходима огромная выборка галактик, - объясняет Джейсон Родс, старший научный сотрудник из Лаборатории реактивного движения. - Поэтому нам и нужен RST. Миссия имеет такое широкое поле обзора, что подобные наблюдения станут возможными".

Высокоширотный спектроскопический обзор RST позволит точно измерить расстояния и положение миллионов галактик.
Учёные планируют проанализировать, как их распределение меняется с расстоянием, создав трёхмерную карту Вселенной, которая поможет им расшифровать, как формировался космос под воздействием тёмной энергии с течением времени.

Два дополнительных исследования при помощи телескопа RST также будут направлены на изучение тёмной энергии, и каждый метод будет использован для перепроверки других методов.
Миссия предоставит важные данные, которые помогут учёным исследовать и, возможно, даже предвидеть судьбу Вселенной.




Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2020/ nasa-s-roman- space-telescope-to- uncover-echoes-of- the-universe-s-creation/




Всё это, конечно, спорно и тем не менее завораживает...


Рецензии
хорошее изложение ранней истории Вселенной.Настоящая машина времени. Спасибо. С уважением
Юрий Любарский

Юлюбарский   06.12.2020 10:54     Заявить о нарушении
Юрий, огромная благодарность Вам за отклик!
Планы грандиозные, посмотрим, что получится у этого телескопа.
С уважением и лучшими пожеланиями,

Анна Филимонова   06.12.2020 14:27   Заявить о нарушении
Псевдонаучная ахинея. Набор как широко известных, так и малораспространённых терминов. И ничего более!

Автор славно развлёкся в околокосмической терминологии.

Александр Соханский   12.12.2020 18:47   Заявить о нарушении
Александр, это материалы с официального сайта НАСА.

Анна Филимонова   12.12.2020 19:45   Заявить о нарушении