Η αποστολή Planck αποκαλύπτει ένα σχεδόν τέλειο Σύμπαν

Η εικόνα βασίζεται σε δεδομένα των πρώτων 15,5 μηνών από το τηλεσκόπιο Planck και είναι η πρώτη εικόνα της αποστολής που απεικονίζει όλο τον ουρανό του παλαιότερου φωτός του Σύμπαντος μας το οποίο αποτυπώθηκε στον ουρανό όταν αυτό ήταν μόλις 380 000 ετών.

Εκείνη την εποχή, το νεαρό Σύμπαν ήταν γεμάτο με μια ζεστή πυκνή σούπα από αλληλεπιδρώντα ηλεκτρόνια, πρωτόνια και φωτόνια σε θερμοκρασία περίπου 2700ºC. Όταν τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ενώθηκαν για να σχηματίσουν άτομα υδρογόνου, το φως αφέθηκε ελεύθερο. Καθώς το Σύμπαν διαστάλθηκε, αυτό το φως σήμερα έχει απλωθεί σε μήκη κύματος μικροκυμάτων, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία μόλις 2,7 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν.

Αυτό το "κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων" - cosmic microwave background (CMB) - παρουσιάζει μικροσκοπικές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που αντιστοιχούν σε περιοχές ελαφρώς διαφορετικών πυκνοτήτων σε πολύ πρώιμους χρόνους εκπροσωπώντας τα γενεσιουργά στοιχεία όλης της μελλοντικής δομής: τα αστέρια και τους γαλαξίες του σήμερα.

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, οι διακυμάνσεις προέκυψαν αμέσως μετά το Big Bang και επεκτάθηκαν σε κοσμολογικά μεγάλες κλίμακες κατά τη διάρκεια μιας σύντομης περιόδου επιταχυνόμενης διαστολής γνωστή ως πληθωρισμός.

Το Planck σχεδιάστηκε για να χαρτογραφήσει αυτές τις διακυμάνσεις σε όλη την έκταση του ουρανού με μεγαλύτερη ανάλυση και ευαισθησία από ό, τι είχε γίνει ποτέ πριν. Με την ανάλυση της φύσης και την κατανομή των γενεσιουργών στοιχείων στην εικόνα CMB του Planck, μπορούμε να καθορίσουμε τη σύνθεση και την εξέλιξη του Σύμπαντος από τη γέννησή του μέχρι σήμερα.

Συνολικά, οι πληροφορίες που προέρχονται από το νέο χάρτη του Planck παρέχουν μια εξαιρετική επιβεβαίωση του καθιερωμένου μοντέλου της κοσμολογίας με πρωτοφανή ακρίβεια, καθορίζοντας ένα νέο σημείο αναφοράς σε ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα για το περιεχόμενο του Σύμπαντος.

Ωστόσο επειδή η ακρίβεια του χάρτη του Planck είναι τόσο υψηλή, κατέστησε επίσης δυνατή την αποκάλυψη ορισμένων παράξενων ανεξήγητων χαρακτηριστικών που μπορεί να απαιτούν μια νέα φυσική για να γίνουν κατανοητά.

"Η εξαιρετική ποιότητα του πορτρέτου του βρεφικού Σύμπαντος από το;Planck,μας επιτρέπει να ξεφυλλίσουμε προς τα πίσω τις σελίδες της δημιουργίας του Σύμπαντος φτάνοντας μέχρι τα θεμέλια, αποκαλύπτοντας ότι το προσχέδιο του Κόσμου έχει ακόμα δρόμο μέχρι να ολοκληρωθεί; Οι ανακαλύψεις αυτές έχουν καταστεί δυνατές από τις μοναδικές τεχνολογίες που έχουν αναπτυχθεί για το σκοπό αυτό από την ευρωπαϊκή βιομηχανία", λέει ο Jean-Jacques Dordain, Γενικός Διευθυντής της ESA.

"Από την κυκλοφορία της πρώτης εικόνας όλου του ουρανού όπως είχε απεικονιστεί από το Planck το 2010, κάνουμε προσεκτικά εξαγωγή και ανάλυση όλων των εκπομπών των νέων στοιχείων που βρίσκονται ανάμεσα σε εμάς και το πρώτο φως του Σύμπαντος, αποκαλύπτοντας το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων με την καλύτερη λεπτομέρεια από ποτέ», προσθέτει ο Γιώργος Ευσταθίου από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, Ηνωμένο Βασίλειο.

Ένα από τα πιο εκπληκτικά ευρήματα είναι ότι οι διακυμάνσεις στις θερμοκρασίες του CMB σε μεγάλες γωνιακές κλίμακες δεν ταιριάζουν με αυτές που προβλέπονται από το καθιερωμένο μοντέλο - τα σήματά τους δεν είναι τόσο ισχυρά όσο αναμενόταν από την δομή μικρότερης κλίμακας που αποκαλύφθηκε από το Planck.

Συνεχίστε το διάβασμα παρακάτω

Ένα άλλο σημαντικό εύρημα είναι η ασυμμετρία στις μέσες θερμοκρασίες στα αντίθετα ημισφαίρια του ουρανού. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με την πρόβλεψη του καθιερωμένου μοντέλου ότι το Σύμπαν θα πρέπει να είναι σε γενικές γραμμές παρόμοιο σε οποιαδήποτε κατεύθυνση κοιτάμε.

Επιπλέον, ένα ψυχρό σημείο εκτείνεται πάνω από ένα τμήμα του ουρανού που είναι πολύ μεγαλύτερο από ότι αναμενόταν.

Η ασυμμετρία και το ψυχρό σημείο είχαν ήδη υπαινιχθεί με τον προκάτοχό του Planck, την αποστολή WMAP της NASA, αλλά αγνοήθηκαν σε μεγάλο βαθμό λόγω των έντονων αμφιβολιών για την κοσμική καταγωγή τους.

"Το γεγονός ότι το Planck έχει κάνει μια τόσο σημαντική ανίχνευση αυτών των ανωμαλιών ξεκαθαρίζει οποιεσδήποτε αμφιβολίες σχετικά με την πραγματικότητα τους; Δεν μπορεί πλέον να ειπωθεί ότι είναι ανωμαλίες των μετρήσεων. Είναι πραγματικά δεδομένα και πρέπει να ψάξουμε για μια αξιόπιστη εξήγηση ", λέει ο Paolo Natoli από το Πανεπιστήμιο της Φεράρα, Ιταλία.

"Φανταστείτε να διερευνάτε τα θεμέλια ενός σπιτιού και να διαπιστώνετε ότι κάποια από τα μέρη τους είναι αδύναμα. Μπορεί να μην γνωρίζετε εάν οι αδυναμίες θα ρίξουν τελικά το σπίτι, αλλά θα αρχίζατε πιθανότατα να ψάχνετε τρόπους για να το ενισχύσετε όλο στον ίδιο βαθμό και αρκετά γρήγορα", προσθέτει ο François Bouchet του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του Παρισιού.

Ένας τρόπος να εξηγηθούν οι ανωμαλίες είναι να προτείνουμε ότι το Σύμπαν δεν είναι στην πραγματικότητα το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις σε μεγαλύτερη κλίμακα από ό, τι μπορούμε να παρατηρήσουμε. Σε αυτό το σενάριο, οι ακτίνες του φωτός από το CMB θα έπαιρναν μια πιο περίπλοκη διαδρομή μέσα στο Σύμπαν από ό, τι προηγουμένως είχαμε κατανοήσει, έχοντας ως αποτέλεσμα κάποια από τα ασυνήθιστα πρότυπα που παρατηρήθηκαν σήμερα.

"Απώτερος στόχος μας θα είναι να κατασκευαστεί ένα νέο μοντέλο που προβλέπει τις ανωμαλίες και τις συνδέσεις μεταξύ τους. Αλλά αυτά είναι μακρινά σενάρια; Μέχρι τώρα, δεν ξέρουμε αν αυτό είναι δυνατό και τι είδους νέα φυσική μπορεί να χρειαστεί. Και αυτό είναι συναρπαστικό", λέει ο καθηγητής Ευσταθίου.

Νέα κοσμική συνταγή

Πέρα από τις ανωμαλίες, όμως, τα δεδομένα του Planck συμφωνούν θεαματικά καλά στις προσδοκίες ενός αρκετά απλού μοντέλου του Σύμπαντος, επιτρέποντας στους επιστήμονες να εξαγάγουν τις πιο εκλεπτυσμένες τιμές ακόμα και για τα συστατικά του.

Η κανονική ύλη που αποτελεί τα αστέρια και τους γαλαξίες συμβάλλει μόλις κατά το 4,9% της πυκνότητας μάζας / ενέργειας του Σύμπαντος. Η σκοτεινή ύλη, η οποία έχει μέχρι στιγμής έχει εντοπιστεί μακριά, έμμεσα από τη βαρυτική επιρροή της, αποτελεί το 26,8%, σχεδόν το ένα πέμπτο περισσότερο από ό, τι στην προηγούμενη εκτίμηση.

Αντίθετα, η σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδης δύναμη που πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος, αντιστοιχεί σε λιγότερο από ό, τι εθεωρείτο μέχρι σήμερα.

Τέλος, τα δεδομένα του Planck καθόρισαν επίσης μια νέα τιμή για το ρυθμό με τον οποίο το Σύμπαν διαστέλλεται σήμερα, γνωστή ως σταθερά του Hubble. Στα 67,15 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ανά megaparsec, τιμή σημαντικά μικρότερη από την τρέχουσα τυπική τιμή στην αστρονομία. Τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι η ηλικία του Σύμπαντος είναι 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια.

"Με τους πιο ακριβείς και λεπτομερείς χάρτες μικροκυμάτων του ουρανού που έγιναν ποτέ, το Planck ζωγραφίζει μια νέα εικόνα του Σύμπαντος που μας ωθεί στα όρια της κατανόησης των σημερινών κοσμολογικών θεωριών", λέει ο Jan Tauber, επιστήμονας του έργου Planck της ESA.

"Βλέπουμε μια σχεδόν τέλεια εφαρμογή στο καθιερωμένο μοντέλο της κοσμολογίας, αλλά με ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά που μας αναγκάζουν να επανεξετάσουμε κάποιες από τις βασικές υποθέσεις μας.

"Αυτή είναι η αρχή ενός νέου ταξιδιού και αναμένουμε ότι η συνεχιζόμενη ανάλυση των δεδομένων του Planck θα βοηθήσει να χυθεί φως σε αυτό το αίνιγμα."

Σημειώσεις για Συντάκτες (αγγλικά)