#реликт #космология
Настало время разобраться с этим надоедливым реликтовым излучением, а то уж больно много времени на него потрачено (хотя как иначе — и так работаю WinRAR’ом в три смены чтобы уместить как можно больше в пост). Еще буквально два поста! В прошлом #ликбезе мы дошли до того, что СССР и США запустили в космос специальные обсерватории для детектирования анизотропии (неоднородности) реликтового излучения. Но, дальше — больше!
Пока в 90-ые мы доедали/распродавали научные заделы высокоразвитой цивилизации, сначала США запустили в 2001 году обсерваторию «WMAP» (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), а затем и европейца свой «Planck» в 2009. На первой картинке можно увидеть насколько отличалось их разрешение (минимальные размеры, которые можно увидеть с помощью телескопа) от старичка «COBE». На второй картинке показано реликтовое излучение таким, каким его увидел «Planck». И самое поразительное тут заключается в том, что «Planck» смог измерить различия (неоднородности) между холодными (синий) и горячими (красный) областями реликта на уровне 1/100,000!
Красивая картинка, безусловно. Однако, сама по себе она мало что говорит. Теории предсказывают не картинки, а определенные математические и статистические свойства, которые в свою очередь «реализуются в картинках». Соответсвенно, чтобы понять насколько наши теории точны, без математических манипуляций не обойтись! И вот тут приходит на помощь угловой спектр мощности (на третьей картинке).
Если без формул, то угловой спектр мощности — это мат.функция, показывающая сколько энергии приносят нам фотоны реликтового излучения в зависимости от углового размера на небе.
Еще более на пальцах:
Представьте себе поверхность мирового океана. Как бы вы ее описали? Она гладкая или неровная? На самом деле, ответ зависит от масштаба. Если рассматривать ее на больших масштабах (например, взять весь Тихий океан целиком), существенно превосходящих длину отдельно взятой волны в этом океане, то океан — гладкий. Если же вы плывете по нему на «Кон-Тики» с другими пятью счастливчиками, то океан для вас будет очень даже не гладким, а состоящим из большого числа отдельных волн. А если вы вдруг часть планктона (на масштабе существенно меньшем, чем средняя длина волн), то океан для вас тоже может предстать вполне себе гладким.
Похожий эксперимент можно проделать и с реликтом. Выбираем на небе все точки, которые отстоят друг от друга на какое-то расстояние, например, 10 градусов. И вычисляем среднее количество энергии, приходящее с этого масштаба. Изменяем масштаб, например, до 100 градусов и повторяем измерение. В итоге мы получим третью картинку — зависимость количества приходящей энергии (ось Y) от масштаба (ось X, где большие числа l соответствуют малым масштабам и наоборот). По характерным пикам видно, что на каких-то масштабах мы видим больше энергии, на каких-то меньше.
И что вся эта красота нам дает? Положение, амплитуда и отношение различных пиков указывает на масштабы, на которых в ранней Вселенной появились неоднородности, как эти неоднородности росли и из чего состоит Вселенная! По результатам обсерватории «WMAP» были измерены первые три пика в спектре мощности и показано что нужно всего 6 космологических параметров для описания этого самого спектра.
По сути, таким образом главенствующая сейчас «Лямбда-CDM» космологическая модель Вселенной выбилась в безоговорочные лидеры среди своих конкурентов. Кроме того, мы помним, что у всех инструментов есть предельное разрешение, то есть «WMAP» не мог увидеть более мелкие масштабы, чем тем, на которых были измерены первые три пика. Однако, воспользовавшись «Лямбда-CDM» моделью и данными «WMAP», было сделано предсказание о местонахождении последующих пиков, подтвердившееся в наблюдениях обсерватории «Planck» 10 лет спустя!
В следующей (заключительной) части #ликбеза о реликтовом излучении мы рассмотрим что конкретно нам говорят пики спектра мощности и наконец опишем «Лямбда-CDM» космологическую модель Вселенной во всей красе!