Neue Bilder des Säuglingsuniversums, das vom Atacama Cosmology Telescope (ACT) aufgenommen wurde, sind die präzisesten “Babybilder” bis heute der “ersten Schritte” der Kosmos, um die ersten Sterne und Galaxien zu bilden.
Die Bilder des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB), der ein fossiler Relikt des ersten Lichts im Universum ist, zeigen, was der 13,8 Milliarden Jahre alte Cosmos nur 380.000 Jahre nach dem Urknall war.
Diese unglaubliche Leistung des ACT hat Wissenschaftlern geholfen, das Standardmodell der Kosmologie zu validieren, die beste Beschreibung, die wir für die Bildung und Entwicklung des Universums haben. Die ACT -Bilder zeigen nicht nur, dass dieses Modell unglaublich robust ist, sondern zeigen auch die Intensität und Polarisierung des frühesten Lichts mit beispielloser Klarheit.
Die neuen Daten aus dem Gesetz zeigten die Bewegung der alten Gase im Universum, als sie durch die Schwerkraft gezogen werden. Dies zeigt die Bildung alter Wolken aus Wasserstoff und Helium, die später zusammenbrechen, um die ersten Sterne zu geboren. Dies ist also, dass das Universum seinen ersten Schritt zur Bildung von Galaxien macht.
“Wir sehen die ersten Schritte, um die frühesten Stars und Galaxien zu machen”, sagte Suzanne Staggs, Forscherin der Princeton University, in einer Erklärung. “Und wir sehen nicht nur Licht und Dunkel. Wir sehen die Polarisation von Licht in hoher Auflösung. Das ist ein bestimmender Faktor, der von Planck und anderen früheren Teleskopen unterscheidet.”
Obwohl diese neuen ACT-Ergebnisse den Wissenschaftlern viel über die Bedingungen im frühen Universum erzählten, enthielten sie keine Hinweise, die dazu beitragen könnten, eines der größten Probleme mit unserem Verständnis der kosmischen Evolution zu lösen: die sogenannte “Hubble-Spannung”.
Babys erstes Licht
Vor rund 380.000 Jahren nach dem Urknall war das Universum buchstäblich ein dunkler Ort. Das liegt daran, dass der Kosmos zu dieser Zeit so heiß und dicht war, dass er mit einem Meer aus Plasma mit ungebundenen Elektronen gefüllt war, die endlos Photonen, die Partikel, die Licht umfassen, endlos verstreut waren. Dies bedeutete, dass Licht nicht durch den Kosmos ungehindert wandern konnte, und daher war der Kosmos wie ein dichter Nebel undurchsichtig.
Sobald sich das Universum ausdehnte und abgekühlte (rund 3000 Kelvin (ungefähr 4.900 Grad Fahrenheit oder 2.700 Grad Celsius), konnten die Elektronen mit Protonen binden und bilden. transparent.
Dieses erste Licht wird heute als CMB angesehen. Obwohl es den Kosmos fast allgegenwärtig erfüllt, gibt es kleine Variationen in der CMB, die Wissenschaftler “Anisotropies” nennen, die durch winzige Schwankungen der Materie während der letzten Streuung zurückgelassen werden.
Die Tatsache, dass dieses kosmische fossile Licht am weitesten zurück in der Zeit ist, die Astronomen mit Licht sehen können, und weil es seit der frühesten Epoche des Kosmos gibt, ist der CMB eine hervorragende Möglichkeit, die Entwicklung des Universums zu verfolgen.
Aus seiner Position in den chilenischen Anden erfasste Act dieses Licht, das seit über 13 Milliarden Jahren unterwegs ist. Vor diesen Akten waren das präziseste und detaillierteste Bild des CMB mit freundlicher Genehmigung des Planck -Weltraumteleskops gekommen.
“ACT hat die fünfmalige Lösung von Planck und eine größere Sensibilität”, sagte Teammitglied und Forscherin der Universität von Oslo, Sigurd Naess, in einer Erklärung. “Dies bedeutet, dass das schwache Polarisationssignal jetzt direkt sichtbar ist. Es gibt andere zeitgenössische Teleskope, die die Polarisation mit niedrigem Rauschen messen, aber keiner von ihnen bedeckt so viel vom Himmel wie die Handlung.”
Diese Signatur der Polarisation ist wichtig, da sie zeigt, wie sich Wasserstoff und Heliumgase bewegten, wenn sich das Universum noch in den Kinderschuhen steckte und nur mit Spuren anderer schwererer Elemente gefüllt ist.
“Vorher mussten wir sehen, wo sich die Dinge befanden, und jetzt sehen wir auch, wie sie sich bewegen”, sagte Staggs. “Wie bei der Verwendung von Gezeiten, um auf das Vorhandensein des Mondes zu schließen, sagt die Bewegung, die durch die Polarisation des Lichts verfolgt wird, wie stark der Schwerpunkt in verschiedenen Teilen des Raums war.”
Mit den ACT -Daten konnten Forscher auch unglaublich subtile Unterschiede in der Dichte und Geschwindigkeit der Gase sehen, die das junge Universum füllten. Dies beinhaltet Regionen mit hoher und niedriger Dichte in diesem Meer von Urstoff und Helium. Diese frühen kosmischen Hügel und Täler erstrecken sich über Millionen von Lichtjahren, und in den Milliarden von Jahren nach dem ACT -Schnappschuss zog die Schwerkraft ihre dichteren Regionen nach innen zu Geburtsstern, die dann die ersten Galaxien bildeten.
“Indem wir auf diese Zeit zurückblicken, wenn die Dinge viel einfacher waren, können wir die Geschichte zusammenstellen, wie sich unser Universum zu dem reichen und komplexen Ort entwickelt hat, an dem wir uns heute befinden”, sagte Jo Dunkley, Forscherin der ACT -Analyse und der Princeton University -Forscher.
Eine Reise zurück in kosmischer Zeit
Diese kosmische Reise in der Zeit ergab, dass sich das beobachtbare Universum für fast 50 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen um uns herum erstreckt. Die Masse des Universums wurde mit etwa 2 Billionen Billionen Billionen (2 gefolgt von 36 Nullen) Sonne oder 1.900 “Zetta-Suns” (ein “Zetta” entspricht, bezieht sich auf einen hypothetischen Stern, der 1021-mal so groß ist, dass sie 1021-mal so groß ist).
Von dieser Summe bestehen nur 100 Zetta Suns aus der gewöhnlichen Angelegenheit, die wir täglich um uns herum sehen. Dreiviertel dieser Masse ist Wasserstoff und ein Viertel davon ist Helium. Weitere 500 Zetta Suns Messe werden von Dark Matter ausgenommen, während die Messe im Wert von 1.300 Zetta Suns durch dunkle Energie berücksichtigt wird, wobei die mysteriöse Kraft, die die Beschleunigung der Expansion des Kosmos antreibt, die Beschleunigung der Kosmos betreibt.
Tiny Chargenlose und fast massenlose “Geisterpartikel”, die als Neutrinos bezeichnet werden, machen etwa vier Zetta-Suns Masse aus. Diese Partikel werden als Geister des Partikelzoo bezeichnet, weil sie so schwach interagieren und allgegenwärtig sind, dass etwa 100 Billionen (10 Nullen) Neutrinos jede Sekunde durch Ihren Körper gehen und völlig unbemerkt werden.
Diese Beträge stimmen gut mit sowohl theoretischen Modellen des Kosmos als auch mit Beobachtungen von Galaxien überein.
Die neuen ACT -Ergebnisse verfeinerten auch die Schätzungen des Zeitalters des Universums und entsprachen den Schätzungen von 13,8 Milliarden Jahren mit einer Unsicherheit von nur 0,1%und der Rate, mit der der Kosmos in seinen früheren Epochen erweiterte.
Dies ist möglich, weil Materie im frühen Universum Wellen durch den Raum geschickt hat, wie in Kreisen auf einem Teich ausbreiten. Diese Wellen werden in das kosmische Fossil, das CMB ist, “eingefroren”.
“Ein jüngeres Universum hätte schneller erweitert werden müssen, um seine aktuelle Größe zu erreichen, und die Bilder, die wir messen, scheinen uns näher zu erreichen”, sagte Mark Devlin Mark Devlin, stellvertretender Direktor der ACT und der Universität von Pennsylvania. “Das offensichtliche Ausmaß der Wellen in den Bildern wäre in diesem Fall größer, genauso wie ein Herrscher, das sich näher an Ihrem Gesicht gehalten hat, größer als einer, der auf Armlänge gehalten wird.”
“Hubble -Schwierigkeiten” adressieren
Eines der Hauptprobleme für die heutige Kosmologie ist die Existenz der “Hubble -Spannung”. Dies ist die Ungleichheit in der Rate, mit der das Universum erweitert wird, ein Wert, der als Hubble Constant bezeichnet wird, je nachdem, wie diese Ausdehnung gemessen wird.
Unter Verwendung von Messungen der Bewegung in der Nähe von Galaxien berechnen Wissenschaftler, dass die Hubble -Konstante so groß wie 73 bis 74 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsc (km/s/mpc) ist. Dies ist größer als der Wert, den Wissenschaftler bei der Verwendung des CMB erhalten, um die Hubble -Konstante zu erhalten, die 67 bis 68 km/s/mpc beträgt.
Unter Verwendung dieser hochauflösenden Bilder des CMB, wie durch Akt, erhielt das Team neue Messungen der Hubble-Konstante. Sie stellten fest, dass diese mit früheren Hubble -konstanten Messungen übereinstimmen, die mit dem CMB durchgeführt wurden.
Eines der Hauptziele für ACT -Daten war es, ein alternatives kosmisches Modell zu untersuchen, das die Hubble -Spannung verantwortlich machen könnte. Diese Alternativen umfassten die Änderung des Verhaltens von Neutrinos und das Hinzufügen einer zusätzlichen Zeit der Beschleunigung der kosmischen Expansion im frühen Universum.
“Wir wollten sehen, ob wir konnten und ein kosmologisches Modell, das unseren Daten übereinstimmte und auch eine schnellere Expansionsrate vorhergesagt hat”, sagte Colin Hill, Forscher der Columbia University, der die ACT -Daten in neuen Forschungen verwendete. “Wir haben den CMB als Detektor für neue Partikel oder Felder im frühen Universum verwendet und das zuvor unbekannte Gelände untersucht.”
Hill fügte hinzu, dass die ACT -Daten keine Hinweise auf solche neuen Signale zeigten, was bedeutet, dass das Standardmodell der Kosmologie einen äußerst genauen Test seiner Genauigkeit bestanden hat.
“Es war für uns etwas überraschend, dass wir nicht einmal teilweise Beweise gefunden haben, um den höheren Wert zu unterstützen”, sagte Staggs. “Es gab einige Bereiche, in denen wir dachten, wir könnten teilweise Beweise für Erklärungen der Spannung sehen, und sie waren einfach nicht in den Daten da.”
ACT schloss seine Beobachtungen im Jahr 2022 ab und wurde stillgelegt. Astronomen wenden sich nun auf das neue, fähigere Simons -Observatorium an derselben Stelle in Chile.
Die neuen ACT -Daten werden öffentlich in das Lambda -Archiv der NASA geteilt, während sich die Papiere, die sich aus diesen Act -Daten drehen, auf der Atacama Cosmology Telescope -Website von Princeton verfügbar sind.
