Es scheint, dass das moderne Verständnis der Struktur des Universums bereits gut etabliert und allgemein anerkannt ist. Aber von Zeit zu Zeit muss es gegen sogenannte Anomalien verteidigt werden, ungeklärte Abweichungen von der Norm, die das Standardmodell in Frage stellen. Lassen Sie uns heute darüber sprechen, wie ein seltsames kosmologisches Phänomen von Natur aus und durch ein Zusammentreffen von Umständen, die als "Achse des Bösen" bezeichnet werden, die moderne Kosmologie fast gebrochen hat.
Echo des Urknalls
Die Erde schaut mit Tausenden von Teleskopaugen in den Himmel. Mehrere Dutzend weitere befinden sich im Orbit. Die ersten Teleskope waren optisch und wurden entwickelt, um den leichten Teil des Spektrums elektromagnetischer Strahlung zu beobachten, der für das menschliche Auge zugänglich ist. Moderne blicken in den bodenlosen Weltraum und beobachten seine Objekte im gesamten Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. Nehmen Sie zum Beispiel das Swift-Weltraumobservatorium. Es wurde entwickelt, um kosmische Gammastrahlenausbrüche zu registrieren und zu beobachten - gigantische Energiestöße, die in fernen Galaxien beobachtet werden. Platzieren Sie kurzwellige Gammastrahlung ganz am Anfang des elektromagnetischen Spektrums. Das russische umlaufende Observatorium Radioastron untersucht Schwarze Löcher und Neutronensterne im Funkbereich, näher am anderen Ende des Spektrums.
Einige umlaufende Observatorien sind besser bekannt, andere weniger. An der Spitze der Beliebtheit steht das Hubble-Weltraumteleskop, das sich seit 27 Jahren im Orbit befindet. Er untersucht den Raum im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Bereich. Kepler ist ebenfalls weithin bekannt und mit einem überempfindlichen Photometer ausgestattet, das im Bereich von 430 bis 890 nm (sichtbarer und infraroter Bereich) arbeitet und gleichzeitig die Helligkeitsschwankungen von 145.000 Sternen beobachten kann.
Aber unter ihnen gibt es Orbitalobservatorien, deren Hauptzweck nicht einzelne Sterne, Planeten oder Galaxien sind, sondern das Universum selbst. Der Zweck, sie im Orbit zu finden, besteht darin, Astronomen zu helfen, die Struktur unseres Universums zu verstehen und zu versuchen, seine Geschichte zu verstehen. Und vielleicht und durch die Wand von unglaublichen Entfernungen und anderen Universen sehen.
Das von der NASA im Juni 2001 gestartete WMAP-Observatorium (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) war eines davon. Das Gerät wurde entwickelt, um die Hintergrundreliktstrahlung zu untersuchen, die infolge des Urknalls entstanden ist. Bis Oktober 2010 befand es sich 1,5 Millionen km von der Erde entfernt in der Umlaufbahn nahe dem Lagrange-Punkt L2 des Sonnen-Erde-Systems. In der Zeit von 2001 bis 2009 scannte er die Himmelskugel und übertrug die Ergebnisse der Beobachtungen auf die Erde. Basierend auf den vom Teleskop erhaltenen Daten wurde eine detaillierte Funkkarte des Himmels bei mehreren elektromagnetischen Wellenlängen erstellt: von 1,4 cm bis 3 mm, was dem Mikrowellenbereich entspricht.
Die Reliktstrahlung füllt das Universum gleichmäßig aus. Diese Hintergrundmikrowellenstrahlung, die im Zeitalter der primären Wasserstoffrekombination entstand, ist eine Art "Echo" des Urknalls. Es hat einen hohen Grad an Isotropie, dh Gleichmäßigkeit in alle Richtungen. Sein Strahlungsspektrum entspricht dem Strahlungsspektrum eines absolut schwarzen Körpers mit einer Temperatur von 2,72548 ± 0,00057 K. Die maximale Strahlung fällt auf elektromagnetische Wellen mit einer Länge von 1,9 mm und einer Frequenz von 160,4 GHz (Mikrowellenstrahlung). Ohne auf Details einzugehen, liegt es auf der Skala der elektromagnetischen Strahlung zwischen thermischer Infrarotstrahlung und Frequenzen der zellularen Kommunikation, des Rundfunks und des Fernsehens. Die Mikrowellenhintergrundstrahlung ist isotrop mit einer Genauigkeit von 0,01%. Dies ist genau das, was der Wechsel von "warmen" orangefarbenen und "kalten" blauen Bereichen auf den Funkkarten von Raumfahrzeugen anzeigt. Es hat eine kleine Anisotropie.
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Im Jahr 2010 hat das Observatorium seine Mission abgeschlossen. So wie WMAP einst das COBE-Observatorium (Cosmic Background Explorer), auch als Explorer 66 bekannt, ersetzte, wurde es durch das empfindlichere und modernere europäische Planck-Observatorium ersetzt, das sich am selben Punkt L2 befindet … Planck hat eine höhere Empfindlichkeit und einen breiteren Frequenzbereich.
Vergleich der Ergebnisse von COBE, WMAP und Planck. Ein Beispiel dafür, wie unterschiedlich die Empfindlichkeit ihrer Messgeräte ist
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Von der Achse durchbohrt
Die Hauptbestimmung der modernen Kosmologie, auf der die meisten modernen Modelle der Struktur des Universums basieren, ist das sogenannte kosmologische Prinzip. Ihm zufolge wird jeder Beobachter zum gleichen Zeitpunkt, wo immer er ist und in welche Richtung er schaut, im Durchschnitt das gleiche Bild im Universum finden.
Diese Unabhängigkeit vom Beobachtungsort, die Gleichheit aller Punkte im Raum, nennt man Homogenität. Und Unabhängigkeit von der Beobachtungsrichtung, das Fehlen einer Vorzugsrichtung im Raum, dh die Tatsache, dass das Universum eine Richtung der anderen nicht vorzieht, ist Isotropie. Und seine Abwesenheit ist Anisotropie.
Alles wäre in Ordnung, aber nur bei der Verarbeitung der von der WMAP-Sonde erhaltenen Daten wurden Schlussfolgerungen über eine solche Anisotropie des Universums gezogen. Die Ergebnisse der Analyse der Daten zeigten das Vorhandensein einer bestimmten erweiterten Region im Raum, um die herum die Ausrichtung der gesamten Struktur des Universums stattfindet. Das heißt, im Weltraum gibt es immer noch eine Richtung, in der Galaxien und große Weltraumobjekte in einer Reihe stehen. Dieses Phänomen, das das moderne Verständnis des Universums brechen kann, wurde als "Achse des Bösen" bezeichnet. Der Begriff selbst wurde vom portugiesischen Physiker und Kosmologen João Magueijo in Großbritannien geprägt.
Die blauen Bereiche sind die kühlsten, die orangefarbenen die „wärmsten“. Weiße Linie - "Achse des Bösen". Umrissen mit einem Oval - Eridani Supervoid
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Es wird angenommen, dass dieser Name weniger mit der "Geometrie" des Phänomens als vielmehr mit dem Einfluss verbunden ist, den das Phänomen auf die derzeit vorherrschenden Vorstellungen über das Universum haben kann. Unter anderem führte US-Präsident George W. Bush einige Jahre zuvor den gleichen Begriff in Bezug auf Länder ein, die nach Angaben der USA den internationalen Terrorismus fördern und eine Bedrohung für Frieden und Stabilität auf dem Planeten darstellen.
Es sollte beachtet werden, dass unser Universum eine gewisse Inhomogenität und Anisotropie aufweist. Sonst gäbe es keine Galaxien, keine Sterne, keine Planeten. Und am Ende auch du und ich. Dies sind alles Abweichungen von der Homogenität des Universums. Das kosmologische Prinzip gilt für sehr große Skalen, die weit über die Größe eines Galaxienhaufens hinausgehen. Wir sprechen von Hunderten Millionen Lichtjahren. In kleinerem Maßstab ist Inhomogenität als Folge von durch den Urknall verursachten Quantenfluktuationen möglich.
Mageiju, der die "warmen" (orange) und "kalten" (blau) Schwankungsbereiche der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung beobachtete, machte eine interessante Entdeckung. Er fand heraus, dass selbst auf den größten Skalen Schwankungen der Reliktstrahlung (Temperaturschwankungen) nicht zufällig lokalisiert, sondern relativ geordnet sind.
Ein separates Beispiel für eine solche Anisotropie-Manifestation ist ein Reliktkaltfleck im Sternbild Eridanus. Hier ist die Mikrowellenstrahlung deutlich geringer als in der Umgebung. Mit einem Durchmesser von fast einer Milliarde Lichtjahren hat das Eridani Supervoid weit weniger Sterne, Gase und Galaxien als gewöhnlich.
Es gibt kein genaues Verständnis dafür, was solch ein klaffendes Loch verursacht haben könnte. Professor Laura Mersini-Houghton von der University of North Carolina gibt diese aufregende Erklärung: "Dies ist definitiv ein Abdruck eines anderen Universums außerhalb unseres eigenen."
Schien?
Und 2009 brachte die ESA das fortschrittlichere Planck-Teleskop in die Umlaufbahn. Das Raumschiff hatte zwei Instrumente zur Untersuchung des Himmels an Bord: einen Niederfrequenzempfänger mit einem Frequenzbereich von 30 bis 70 GHz, der Wellen von etwa 4 bis 10 mm entspricht, und einen Hochfrequenzempfänger mit einer Frequenz von 100 bis 857 GHz und einer Wellenlänge von 0, 35 bis 1 mm. Die gesammelte Strahlung wird von einem System aus zwei Spiegeln auf die Instrumente fokussiert - dem Hauptspiegel mit einer Größe von 1,9 x 1,5 m und dem Sekundärspiegel mit einer Größe von 1,1 x 1,0 m. Die Empfänger des Teleskops wurden auf nahezu Null abgekühlt und bei einer Temperatur von –273 ° C betrieben 05 ° C, dh 0,1 ° C über dem absoluten Nullpunkt. Beobachtung des Himmels "Planck" dauerte bis zur Erschöpfung von flüssigem Helium im Januar 2012, wodurch die Empfänger gekühlt wurden.
Teleskop "Planck" am Lagrange-Punkt L2 des Sonnen-Erde-Systems
popsci.com
Er musste die von WMAP erzielten Ergebnisse widerlegen oder im Gegenteil bestätigen. Und die erste Analyse der erhaltenen Daten, die 2013 durchgeführt wurde, zeigte, dass die "Achse des Bösen" im Universum wirklich existiert. Zu diesem Zeitpunkt waren jedoch noch nicht alle vom Raumschiff empfangenen Daten veröffentlicht worden.
Erst im vergangenen Jahr stellte ein Forscherteam am University College London (UCL) und am Imperial College London anhand der Ergebnisse einer Analyse eines vollständigen Datensatzes eines Teleskops fest, dass es keine echte „Achse“gibt. Die zwischen 2009 und 2013 vom Teleskop erhaltenen Daten wurden mit einem Supercomputer analysiert. Die Ergebnisse der Analyse zeigten: Das Universum ist isotrop. Die Studie britischer Astronomen wurde im Mai 2016 von Physical Review Letters veröffentlicht.
Daniela Saadeh, eine Forschungskosmologin am Institut für Physik und Astronomie des University College London, die an der Studie teilgenommen hat, verbirgt ihre Freude nicht: "Wir können sagen, dass wir die Kosmologie vor einer vollständigen Überarbeitung bewahrt haben."
In einer Erklärung der Ergebnisse der Studie, die auf der Website des Colleges veröffentlicht wurden, erklärt Daniela: „Die Ergebnisse der Studie sind der beste Beweis dafür, dass das Universum in alle Richtungen gleich ist. Unser derzeitiges Verständnis der Struktur des Universums basiert auf der Annahme, dass es keine Richtung einer anderen vorzieht. Sie müssen jedoch verstehen, dass Einsteins Relativitätstheorie im Prinzip die Möglichkeit der Existenz eines unausgeglichenen Raums nicht leugnet. Universen, die sich drehen oder dehnen, können durchaus existieren, daher ist es sehr wichtig, dass dies in unserem Fall nicht der Fall ist. Wir können dies natürlich nicht vollständig ausschließen, aber unsere Berechnungen zeigen, dass die Wahrscheinlichkeit dafür nur eine von 121.000 ist."
Scannen der Himmelskugel mit dem Planck-Teleskop
esa.int
Sergey Sobol
