Bản đồ chi tiết nhất từng được tạo ra từ nền vi sóng vũ trụ - bức xạ di tích từ Vụ nổ lớn - được phát hành hôm nay cho thấy sự tồn tại của các tính năng thách thức nền tảng của sự hiểu biết hiện tại về Vũ trụ.
Hình ảnh được dựa trên 15,5 tháng dữ liệu ban đầu từ Planck và là bức tranh toàn cảnh đầu tiên trên bầu trời của vũ trụ của chúng ta, được chụp trên bầu trời khi nó chỉ mới 380 000 năm.
Vào thời điểm đó, Vũ trụ trẻ chứa đầy một loại súp dày đặc gồm các proton, electron và photon tương tác ở khoảng 2700ºC. Khi các proton và electron tham gia tạo thành các nguyên tử hydro, ánh sáng được giải phóng. Khi Vũ trụ đã giãn nở, ánh sáng này ngày nay đã được kéo dài ra các bước sóng vi sóng, tương đương với nhiệt độ chỉ 2,7 độ trên độ không tuyệt đối.
Các dị hướng của nền vi sóng vũ trụ (CMB) theo quan sát của Planck. CMB là ảnh chụp ánh sáng lâu đời nhất trong Vũ trụ của chúng ta, được chụp trên bầu trời khi Vũ trụ chỉ mới 380 000 năm. Nó cho thấy sự dao động nhiệt độ nhỏ tương ứng với các vùng có mật độ hơi khác nhau, đại diện cho hạt giống của tất cả các cấu trúc trong tương lai: các ngôi sao và thiên hà ngày nay. Tín dụng: ESA và sự hợp tác của Planck
Nền vi sóng vũ trụ này - CMB - cho thấy sự dao động nhiệt độ nhỏ tương ứng với các vùng có mật độ hơi khác nhau ở thời điểm rất sớm, đại diện cho hạt giống của tất cả các cấu trúc tương lai: các ngôi sao và thiên hà ngày nay.
Theo mô hình vũ trụ tiêu chuẩn, các biến động phát sinh ngay sau Vụ nổ lớn và được kéo dài đến quy mô lớn về mặt vũ trụ trong một thời gian ngắn mở rộng được gọi là lạm phát.
Planck được thiết kế để lập bản đồ các dao động này trên toàn bộ bầu trời với độ phân giải và độ nhạy cao hơn bao giờ hết. Bằng cách phân tích bản chất và phân bố hạt giống trong hình ảnh CMB của Planck, chúng ta có thể xác định thành phần và sự tiến hóa của Vũ trụ từ khi ra đời cho đến ngày nay.
Nhìn chung, thông tin trích xuất từ bản đồ mới Planckiên cung cấp một xác nhận tuyệt vời về mô hình vũ trụ tiêu chuẩn với độ chính xác chưa từng có, thiết lập một chuẩn mực mới trong bảng kê khai nội dung của Vũ trụ.
Nhưng vì độ chính xác của bản đồ Planck rất cao, nên nó cũng có thể tiết lộ một số tính năng đặc biệt không giải thích được có thể đòi hỏi phải hiểu vật lý mới.
Khi được so sánh với sự phù hợp nhất của các quan sát với mô hình vũ trụ tiêu chuẩn, các khả năng có độ chính xác cao của Planckùi cho thấy các dao động trong nền vi sóng vũ trụ ở quy mô lớn không mạnh như mong đợi. Đồ họa cho thấy một bản đồ bắt nguồn từ sự khác biệt giữa hai, đó là đại diện cho những gì dị thường có thể trông như thế nào.
Chất lượng phi thường của Planck Bức chân dung của vũ trụ trẻ sơ sinh cho phép chúng ta bóc tách các lớp của nó thành nền tảng, cho thấy màu xanh của vũ trụ của chúng ta còn lâu mới hoàn thành. Những khám phá như vậy đã được thực hiện nhờ các công nghệ độc đáo được phát triển cho mục đích đó của ngành công nghiệp châu Âu, ông Jean-Jacques Dordain, Tổng giám đốc ESA, nói.
Kể từ khi phát hành hình ảnh toàn bộ bầu trời đầu tiên của Planck vào năm 2010, chúng tôi đã cẩn thận trích xuất và phân tích tất cả các phát thải tiền cảnh nằm giữa chúng ta và ánh sáng đầu tiên của Vũ trụ, tiết lộ nền vi sóng vũ trụ chi tiết nhất. Efstathiou của Đại học Cambridge, Vương quốc Anh.
Một trong những phát hiện đáng ngạc nhiên nhất là sự dao động của nhiệt độ CMB ở quy mô góc lớn không khớp với dự đoán của mô hình chuẩn - tín hiệu của chúng không mạnh như mong đợi từ cấu trúc quy mô nhỏ hơn do Planck tiết lộ.
Một cái khác là sự bất đối xứng ở nhiệt độ trung bình trên các bán cầu đối diện của bầu trời. Điều này đi ngược lại với dự đoán được đưa ra bởi mô hình tiêu chuẩn rằng Vũ trụ phải rộng tương tự nhau theo bất kỳ hướng nào chúng ta nhìn.
Hơn nữa, một điểm lạnh trải dài trên một mảng trời lớn hơn nhiều so với dự kiến.
Sự bất đối xứng và điểm lạnh đã được ám chỉ với người tiền nhiệm Planck, nhiệm vụ của NASA, WMAP, nhưng phần lớn bị bỏ qua vì nghi ngờ về nguồn gốc vũ trụ của họ.
Không đối xứng và điểm lạnh
Thực tế là Planck đã thực hiện một phát hiện quan trọng như vậy về những bất thường này xóa tan mọi nghi ngờ về thực tế của chúng; không còn có thể nói rằng chúng là đồ tạo tác của các phép đo. Chúng là có thật và chúng ta phải tìm kiếm một lời giải thích đáng tin cậy, nói rằng, ông Cameron Natoli thuộc Đại học Ferrara, Ý.
Hãy tưởng tượng điều tra nền móng của một ngôi nhà và thấy rằng các bộ phận của chúng là yếu. Bạn có thể không biết liệu những điểm yếu cuối cùng sẽ lật đổ ngôi nhà hay không, nhưng bạn có thể bắt đầu tìm mọi cách để củng cố nó một cách nhanh chóng như vậy, ông nói thêm về François Bouchet của Viện nghiên cứu dầmAstrophysique de Paris.
Một cách để giải thích sự bất thường là đề xuất rằng Vũ trụ trên thực tế không giống nhau về mọi hướng trên quy mô lớn hơn chúng ta có thể quan sát. Trong kịch bản này, các tia sáng từ CMB có thể đã đi một con đường phức tạp hơn xuyên qua Vũ trụ so với trước đây, dẫn đến một số mô hình bất thường được quan sát thấy ngày nay.
Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là xây dựng một mô hình mới dự đoán sự bất thường và liên kết chúng lại với nhau. Nhưng đây là những ngày đầu; Cho đến nay, chúng tôi không biết liệu điều này là có thể và loại vật lý mới nào có thể cần thiết. Và điều đó rất thú vị, Giáo sư Efstathiou nói.
Công thức vũ trụ mới
Tuy nhiên, ngoài sự bất thường, dữ liệu Planck phù hợp một cách ngoạn mục với kỳ vọng về một mô hình khá đơn giản của Vũ trụ, cho phép các nhà khoa học trích xuất các giá trị tinh chế nhất cho các thành phần của nó.
Bản đồ nền vi sóng vũ trụ có độ chính xác cao Planckftime đã cho phép các nhà khoa học trích xuất các giá trị tinh chế nhất từ các thành phần của vũ trụ. Vật chất bình thường tạo nên các ngôi sao và thiên hà chỉ đóng góp 4,9% trong kho năng lượng / khối lượng vũ trụ. Vật chất tối, được phát hiện gián tiếp bởi ảnh hưởng của lực hấp dẫn đối với vật chất gần đó, chiếm 26,8%, trong khi năng lượng tối, một thế lực bí ẩn được cho là chịu trách nhiệm thúc đẩy sự giãn nở của Vũ trụ, chiếm 68,3%.
Con số ‘trước Planck, dựa trên bản phát hành dữ liệu chín năm WMAP do Hinshaw et al (2013) trình bày.
Vật chất bình thường tạo nên các ngôi sao và thiên hà chỉ đóng góp 4,9% mật độ khối lượng / năng lượng của Vũ trụ. Vật chất tối, cho đến nay chỉ được phát hiện gián tiếp bởi ảnh hưởng của lực hấp dẫn, chiếm 26,8%, gần 1/5 so với ước tính trước đó.
Ngược lại, năng lượng tối, một thế lực bí ẩn được cho là chịu trách nhiệm thúc đẩy sự mở rộng của Vũ trụ, chiếm ít hơn so với suy nghĩ trước đây.
Cuối cùng, dữ liệu Planck cũng đặt một giá trị mới cho tốc độ Vũ trụ đang mở rộng ngày nay, được gọi là hằng số Hubble. Ở mức 67,15 km mỗi giây trên mỗi megapixel, giá trị này thấp hơn đáng kể so với giá trị tiêu chuẩn hiện tại trong thiên văn học. Dữ liệu ngụ ý rằng tuổi của Vũ trụ là 13,82 tỷ năm.
Với những bản đồ chính xác và chi tiết nhất về bầu trời vi sóng từng được tạo ra, Planck đang vẽ nên một bức tranh mới về Vũ trụ đang đẩy chúng ta đến giới hạn của việc hiểu các lý thuyết vũ trụ học hiện nay, Jan nói, Jan Tauber, Nhà khoa học Dự án ESA Lừa đảo.
Chúng tôi thấy một sự phù hợp gần như hoàn hảo với mô hình vũ trụ tiêu chuẩn, nhưng với các tính năng hấp dẫn buộc chúng tôi phải suy nghĩ lại về một số giả định cơ bản của chúng tôi.
Đây là khởi đầu của một hành trình mới và chúng tôi hy vọng rằng việc phân tích liên tục dữ liệu Planck của chúng tôi sẽ giúp làm sáng tỏ câu hỏi hóc búa này.
Qua ESA