Att studera den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB) ger en med så många konsekvenser för så många vetenskapsdiscipliner. Och när vi fortsätter att lansera nya satelliter och få bättre data om det, upptäcker vi att våra teorier pressas till en punkt där de verkar troligt gå sönder. Och dessutom stöter vi på nya förutsägelser baserade på antydningarna som temperaturdifferenserna erbjuder oss. En av dessa är när det gäller den kalla platsen, en oroande oegentlighet i vad som borde vara ett homogent universum. Varför det finns har utmanat forskare i åratal. Men kan det påverka dagens universum?

2007 undersökte ett team av forskare vid University of Hawaii under ledning av Istvan Szapudi att med hjälp av data från Pan-STARRS1 och WISE och utvecklade supervoid-idén i ett försök att förklara den kalla platsen. Enkelt uttryckt är en övervakning en region med låg densitet utan materia och kan vara ett resultat av mörk energi, den osynliga mystiska kraften som driver universums expansion. Istvan och andra började undra hur ljus skulle agera när det korsade en sådan plats. Vi kan titta på mindre tomrum av liknande karaktär för att kanske få ett grepp om situationen, plus arbete från förhållandena i det tidiga universum (Szapudi 30, U på Hawaii).

Vid den tiden orsakade kvantfluktuationer olika tätheter av materia på olika platser, och där massor klumpade samman så småningom bildade de kluster vi ser idag, medan de platser som saknar materie blev tomrum. Och när universum växte, när materien skulle falla i ett tomrum skulle det bromsas tills det kom nära en gravitationskälla, börja sedan accelerera igen, och därför spendera så lite tid som möjligt inne i tomrummet. Som Istvan beskriver det liknar situationen att rulla en boll uppför en kulle, för den bromsar när den kommer mot toppen men sedan igen när toppen har nåtts (31).

Föreställ dig nu att detta händer med fotoner från den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), vårt längsta blick på universums förflutna. Fotoner har konstant hastighet men deras energinivåer ändras, och när man går in i ett tomrum sjunker energinivån, vilket vi ser som en avkylning. Och när det accelererar igen, får man energi och vi ser att värme strålar. Men kommer fotonen att lämna tomrummet med samma energi som den gick med? Nej, för utrymmet som det rörde sig ut expanderade när det färdades och berövade det för energi. Och den expansionen påskyndas, vilket ytterligare minskar energin. Vi kallar denna process med energiförlust formellt den integrerade Sachs-Wolfe-effekten (ISW), och den kan ses som att temperaturen sjunker nära tomrum (Ibid).

Vi förväntar oss att denna ISW är ganska liten, ungefär i storleksordningen 1/10 000 variationer i temperatur, "mindre än de genomsnittliga fluktuationerna" i CMB. För en känsla av skala, om vi mätte temperaturen på något som 3 grader C, kan ISW ​​orsaka temperaturen till 2.9999 grader C. Lycka till att få den precisionen, särskilt vid de kalla temperaturerna i CMB. Men när vi letar efter ISW i en övervakning är skillnaden mycket lättare att hitta (Ibid).

ISW-effekten visualiserades. |

Men vad hittade forskare exakt? Den jakten började 2007, när Laurence Rudnick (University of Minnesota) och hans team tittade på NRAO VLA Sky Survey (NVSS) -data om galaxer. Informationen som NVSS samlar in är radiovågor, visserligen inte CMB-fotoner utan med liknande egenskaper. Och ett tomrum noterades med radiogalaxier. Baserat på dessa uppgifter kan ISW-effekten med tillsyn av en övervakning hittas så långt borta som 11 miljarder ljusår bort, så nära som 3 miljarder ljusår och vara så breda som 1, 8 miljarder ljusår över hela världen. Anledningen till osäkerheten är att NVSS-uppgifterna inte kan fastställa avstånd. Men forskare insåg att om en sådan övervakning var så långt borta gjorde fotonerna som passerade den så för cirka 8 miljarder år sedan, en punkt i universum där effekterna av mörk energi skulle ha varit mycket mindre än nu och därför inte skulle påverka fotonerna tillräckligt för att ISW-effekten ska ses. Men statistiken säger att områden i CMB där varma och kalla skillnader är höga bör vara närvarande platser för tomrum (Szapudi 32. Szapudi et al, U på Hawaii).

Och så ställde teamet CFHT till att titta på små platser i den kalla platsen för att få en riktig galaxmätare och se hur det matchade med modeller. Efter att ha tittat på flera avstånd tillkännagavs under 2010 att inga tecken på övervakningen sågs på avstånd större än 3 miljarder ljusår. Men det måste nämnas att på grund av upplösningen av uppgifterna vid den tiden var det bara 75% betydelse, alldeles för låg för att anses vara ett säkert vetenskapligt resultat. Dessutom sås ett så litet himmelområde, vilket ytterligare minskade resultatet. Så, PS1, det första teleskopet i Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) togs in för att förbättra de uppgifter som samlats fram till den tiden från Planck, WMAP och WISE (32, 34).

Fördelningen av galaxer längs den kalla platsen jämfört med en homogen plats. |

Efter att ha samlat allt detta konstaterades det att de infraröda observationerna från WISE stod i linje med den misstänkta övervakningsplatsen. Och genom att använda rödförskjutningsvärden från WISE, Pan-STARRS och 2MASS var avståndet verkligen cirka 3 miljarder ljusår bort, med den nödvändiga nivån av statistisk betydelse för att betraktas som ett vetenskapligt fynd (vid 6 sigma) med en slutlig storlek på ungefär 1, 8 miljarder ljusår. Men storleken på tomrummet stämmer inte med förväntningarna. Om den härstammar från den kalla platsen bör den vara 2-4 gånger större än vi ser att den är. Och utöver detta kan strålning från andra källor under rätt omständigheter härma ISW-effekten och på toppen av detta ISW-effekten bara delvis förklarar temperaturskillnaderna sett, vilket innebär att den övervakade idén har några hål i den (se vad jag gjorde där?). En uppföljningsundersökning med ATLAS tittade på 20 regioner inom de inre 5 graderna av övervakningen för att se hur de röda skiftvärdena jämfördes vid närmare granskning, och resultaten var inte bra. ISW-effekten kan bara bidra med -317 +/- 15, 9 mikrokelvins, och andra tomrumslösa funktioner upptäcktes någon annanstans på CMB. I själva verket, om något, är supervoid en samling av mindre tomrum som inte är alltför olika från normala CMB-förhållanden. Så kanske, som alla saker inom vetenskapen, måste vi revidera vårt arbete och fördjupa djupare för att avslöja sanningen ... och nya frågor (Szapudi 35, Szapudi et. Al, Mackenzie, Freeman, Klesman, Massey).

Citerade verk

Freeman, David. "Mystisk" kall plats "kan vara den största strukturen i universum." Huffingtonpost.com . Huffington Post, 27 april 2015. Webb. 27 augusti 2018.

Klesman, Alison. "Denna kosmiska kalla plats utmanar vår nuvarande kosmologiska modell." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 27 april 2017.

Mackenzie, Ruari, et al. ”Bevis mot en övervakning som orsakar CMB Cold Spot.” ArXiv: 1704 / 03814v1.

Massey, Dr. Robert. "Ny undersökning antyder exotiskt ursprung för den kalla platsen." innovation-report.com . innovations-rapport, 26 april 2017.

Szapudi, Istavan. “Den tomma platsen i rymden.” Scientific American Aug. 2016: 30-2, 34-5. Skriva ut.

Szapudi, Istavan et al. “Upptäckt av en supervoid i linje med den kalla fläcken i den kosmiska mikrovågsugnbakgrunden.” ArXiv: 1405 / 1566v2.

U på Hawaii. "Ett kallt kosmiskt mysterium löst." astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 20 april 2015. Webb. 06 september 2018.