Một cái nhìn vào bản chất của vũ trụ của chúng ta, được cung cấp bởi BAOs

- Swetha Srinivasan

Được hướng dẫn bởi Tafheem Ahmad Masudi và Sukant Khurana

Vũ trụ của chúng ta lớn như thế nào? Nó kết thúc ở đâu đó? Nó sẽ tiếp tục mãi mãi?

Những câu hỏi này đã được hỏi bởi rất nhiều người, bởi rất nhiều nền văn minh trong suốt lịch sử. Câu trả lời cho họ đã được tìm ra và đây là một số câu hỏi khó hiểu nhất nhưng thú vị nhất từ ​​trước đến nay.

Tín dụng: Phys.org

Hãy giả sử rằng vũ trụ là hữu hạn. Sau đó, bàn tay của chúng ta sẽ đi đâu nếu chúng ta nhét nó ra khỏi mép? Điều này đã được người Hy Lạp chiêm ngưỡng. Họ cũng cảm thấy rằng một vũ trụ vô tận là không thể. Điều này để lại cho họ một nghịch lý.

Đầu những năm 1800, Heinrich Oblers lập luận rằng vũ trụ không thể là vô hạn. Bởi vì, nếu chúng ta nhìn lên bầu trời và nếu nó là vô tận, thì phải có một ngôi sao trong tầm nhìn của chúng ta. Mặc dù kích thước rõ ràng có thể nhỏ bé, độ sáng của bề mặt nhỏ sẽ vẫn không đổi. Nếu vũ trụ đầy sao, thì bầu trời đêm cũng phải sáng. Vì có những mảng tối trên bầu trời đêm, vũ trụ phải là hữu hạn. Newton, sau khi phát hiện ra lực hấp dẫn, biết rằng đó là một lực hấp dẫn phổ quát. Nếu vũ trụ là hữu hạn, nó sẽ chịu trọng lực và sẽ tự sụp đổ.

Theo Einstein, vũ trụ nên được mở rộng hoặc hợp đồng. Phương trình của ông đòi hỏi một giải pháp như vậy. Tuy nhiên, ông đã chèn một hằng số gọi là hằng số vũ trụ đã hủy bỏ tác động của trọng lực trên quy mô lớn. Ông đưa ra giả định rằng vũ trụ là tĩnh, cuối cùng trở thành sai lầm lớn nhất của ông.

Khám phá lớn

Năm 1929, Edwin Hubble, đã thực hiện một khám phá quan trọng. Ông đã đo khoảng cách tương đối của các thiên hà bằng cách đo độ sáng của các sao biến thiên Cepheid. Ông cũng đo các dịch chuyển màu đỏ của các thiên hà này. Các thay đổi màu đỏ so với âm mưu khoảng cách hóa ra là tuyến tính. Các dịch chuyển đỏ tăng tuyến tính với khoảng cách. Giải thích có thể là vũ trụ đang mở rộng.

Các nhà thiên văn học sau đó nhận ra rằng nếu vũ trụ đang giãn nở, thì nó phải nhỏ hơn trong quá khứ và trong thời gian sớm nhất, nó hẳn chỉ là một điểm nhỏ. Điều này giải thích lý thuyết Big Bang về sự tiến hóa của vũ trụ (skyserver.sdss.org)

Tín dụng: LiveScience

Số phận của vũ trụ

Tất cả các cuộc thảo luận này đòi hỏi một lưu ý nhỏ về số phận của vũ trụ có thể là gì. Có ba lựa chọn có thể.

Nếu mật độ của vũ trụ lớn hơn mật độ tới hạn, lực hấp dẫn sẽ chiếm lấy, quá trình giãn nở dừng lại và vũ trụ sụp đổ vào chính nó, thứ được biết đến phổ biến là Big Crunch. Một vũ trụ như vậy là một vũ trụ khép kín.

Nếu mật độ của vũ trụ chính xác bằng mật độ tới hạn, thì về cơ bản vũ trụ là phẳng. Nó mở rộng, nhưng sau một thời gian rất dài, tốc độ mở rộng trở thành bằng không.

Nếu mật độ nhỏ hơn mật độ tới hạn, vũ trụ tiếp tục mở rộng, thì đó là vũ trụ mở. Điều này có thể dẫn đến một Rip lớn.

Điều gì thúc đẩy sự mở rộng này?

Không có điểm nào được gọi là trung tâm của vũ trụ, từ đó các thực thể đang mở rộng. Mọi thứ không di chuyển ra khỏi trung tâm mà đang di chuyển xa nhau. Không gian đang mở rộng. Chúng ta không nhìn thấy nó trong hệ mặt trời của chúng ta, hoặc đáng chú ý trong thiên hà của chúng ta bởi vì lực hấp dẫn trên các khu vực như vậy là đủ mạnh. Nhưng trên quy mô vũ trụ, mọi thứ đang rời xa nhau và tốc độ mở rộng đang diễn ra không phải là không đổi mà đang tăng lên. Mọi thứ đang di chuyển ra khỏi nhau ngày càng nhanh hơn.

Hầu hết vũ trụ của chúng ta là năng lượng tối, và người ta nói rằng năng lượng tối này là thứ thúc đẩy sự mở rộng.

Tín dụng: SciTechD Daily

Đã có nhiều phát triển gần đây để giải mã hiện tượng bí ẩn này. Chương trình Dao động âm thanh Baryon và Khảo sát quang phổ dao động Baryon (BOSS) đã đạt được tiến bộ lớn.

BAO và quasar

Baryon Acoustic Dao động (BAO) là những di vật bị đóng băng còn sót lại từ vũ trụ tiền phân tách. Họ là những người cai trị lý tưởng cho các phép đo khoảng cách vũ trụ của thế kỷ 21. Các ước tính được cung cấp, trong lần đầu tiên, rmly bắt nguồn từ vật lý tuyến tính, được hiểu rõ. (Bruce và Renee)

Vũ trụ ban đầu bao gồm plasma nóng, dày đặc. Điều này bao gồm baryon và điện tử. Baryon là các hạt cơ bản lớn được tạo thành từ ba quark. Neutron và proton là baryon (astro.ucla).

Do plasma rất dày đặc, các photon không thể tự do xuyên qua không gian khi chúng bị tán xạ Thomson, do đó các photon về cơ bản được ghép với vật chất hiện có.

Theo thời gian, plasma nguội dần và các electron kết hợp với các proton tạo thành hydro. Khi các photon tương tác ít hơn với vật chất trung tính, giờ đây chúng có thể đi lại tự do. Không gian trở nên trong suốt đối với các photon. Các photon bị tách rời.

Bây giờ, hãy xem xét một sự nhiễu loạn bắt nguồn từ một vùng dày đặc của plasma nguyên thủy trước khi sự phân tách xảy ra. Nó chứa vật chất tối, baryon và photon. Plasma là đồng nhất ngoại trừ khu vực dày đặc này.

Áp suất cao đẩy chất lỏng baryon-photon ra ngoài với tốc độ hơn một nửa tốc độ ánh sáng. Vật chất tối chỉ tương tác hấp dẫn, do đó tạo thành tâm của vùng hình cầu sóng đang được xem xét trong khi các baryon và photon di chuyển ra ngoài cùng nhau do áp lực. Khi quá trình tách rời xảy ra, các photon tách ra khỏi các baryon và thoát khỏi quả cầu đang chuyển động, phát ra nhanh chóng. Quả cầu baryon được cố định ở khoảng cách đó, nó chòng chành, mất đi áp lực động lực. Không còn tương tác photon-baryon, lực duy nhất hiện diện là lực hấp dẫn của vật chất tối và kết quả là, các baryon bắt đầu bị kéo về phía trung tâm. Một trạng thái cân bằng được thiết lập và cuối cùng, có những vùng quá dày đặc ở cả hình cầu bên ngoài và lõi bên trong. Vỏ ngoài này được gọi là chân trời âm thanh. Chúng được xem như là bất đẳng hướng trong bức xạ CMB (Bức xạ nền vi sóng vũ trụ) và trong sự phân bố không gian của các thiên hà. Những dao động này đã phát triển thành các bức tường và khoảng trống của các thiên hà ngày nay, có nghĩa là thang đo dao động âm thanh baryon (BAO) này có thể nhìn thấy giữa các thiên hà ngày nay.

Chương trình BAO về cơ bản liên quan đến việc tìm ra một dấu vết của trường mật độ khối và tính toán hàm 2 điểm của nó. Các tính năng trong chức năng 2 điểm tương ứng với đường chân trời âm thanh. Bằng cách biết góc này khoảng cách phụ thuộc, người ta đo d (z). So sánh với giá trị tại z ~ 103 cho phép chúng ta hạn chế sự phát triển của năng lượng tối (astro.ber siêu.edu)

Tín dụng: www.astro.ucla.edu

Sử dụng Khảo sát quang phổ dao động Baryon (BOSS), hai nhóm các nhà vật lý đã cải thiện sự hiểu biết của các nhà khoa học về năng lượng tối bí ẩn điều khiển vũ trụ đang tăng tốc.

Chuẩn tinh được sử dụng cho mục đích này. Chuẩn tinh là các vật thể thiên văn có độ sáng rất cao được tìm thấy ở trung tâm của một số thiên hà và được cung cấp năng lượng bằng cách xoắn ốc khí với vận tốc cao vào một lỗ đen cực lớn. Các quasar sáng nhất có thể vượt trội hơn tất cả các ngôi sao trong các thiên hà nơi chúng cư trú, khiến chúng có thể nhìn thấy được ngay cả ở khoảng cách hàng tỷ năm ánh sáng. Chuẩn tinh là một trong những vật thể xa xôi và phát sáng nhất được biết đến (Britannica).

Tín dụng: Cơ học phổ biến

Các lỗ đen siêu lớn cung cấp năng lượng cho các thiên hà vô tuyến và các quasar đóng vai trò nổi bật trong sự phát triển của các thiên hà. Các quasar được bao quanh bởi bụi. Ánh sáng rời khỏi các thiên hà chảy qua lớp bụi đó, cho thấy dấu ấn của BAOs.

Sử dụng dữ liệu này, các nhà thiên văn học đã tạo ra bản đồ chính xác nhất về các thiên hà trong vũ trụ xa xôi, đưa ra một cửa sổ vào quá khứ và có thể, thành năng lượng tối.

BOSS sử dụng một thiết bị được thiết kế tùy chỉnh gọi là máy quang phổ trên kính viễn vọng 2,5 mét SDSS tại Đài thiên văn Apache Point ở New Mexico. Dự án nhằm mục đích quan sát hơn một triệu thiên hà trong sáu năm (space.com).

Một minh họa về khái niệm dao động âm thanh baryon, được in dấu trong vũ trụ sơ khai và ngày nay vẫn có thể được nhìn thấy trong các cuộc khảo sát thiên hà như BOSS Credit: sgss3.org

So sánh phổ công suất của các thiên hà SDSS-II LRG và các thiên hà CMASS BOSS DR9. Đường liền nét cho thấy các mô hình phù hợp nhất. Tín dụng: Anderson et al. 2012

Những dao động âm thanh baryon này hiện đã được đo lường trong sự phân bố của các thiên hà.

Sử dụng thang âm như một thước đo hiệu chuẩn vật lý, khoảng cách đường kính góc sẽ được đo với độ chính xác 1% khi dịch chuyển đỏ z = 0,3 và z = 0,55. BOSS cũng sẽ đo lường sự phân bố các vạch hấp thụ chuẩn tinh và tốc độ giãn nở vũ trụ H ​​(z). Các phép đo này sẽ cung cấp các bài kiểm tra đòi hỏi cho các lý thuyết về năng lượng tối và nguồn gốc của gia tốc vũ trụ. (sdss3.org)

Do đó, chúng ta thấy rằng nghiên cứu về BAO đã mở ra một con đường mới và một con đường khám phá mới. Họ đang cung cấp một sự hiểu biết tốt hơn về cách thức vũ trụ hoạt động, bản chất và hành vi của nó. Ngày qua ngày, chúng ta đang nhích dần lên nhưng chắc chắn sẽ hướng tới những điều chưa từng thấy (hoặc 'không chia sẻ') những sự thật và bí mật kỳ diệu của vũ trụ.

Người giới thiệu

· Https://www.space.com/15101-dark-energy-distant-gal Wax-map.html

· Http://www.sdss3.org/surveys/boss.php

· Https://www.space.com/26279-universe-Exansion-measousing-quasars-boss.html

· Http://www.astro.ucla.edu/~wright/glossary.html#BAO

· Http://www.loc.gov/rr/scitech/mysteries/universe.html

· Https://edition.cnn.com/2014/04/08/tech/innovation/universe-Exansion-astronomers/index.html

· Http://www.astro.ucla.edu/~wright/BAO-cosmology.html

· Http://skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp

· Http://w.astro.ber siêu.edu / ~ miteite /bao /

· Https://www.britannica.com/science/quasar

· Tạp chí Lịch sử và Di sản Thiên văn, 17 (3), 267 Từ282 (2014), Phát hiện ra các quasar và hậu quả của nó, KI Kellermann

· Dao động âm thanh Baryon, Bruce A. Bassett & Renee Hlozek, Năng lượng tối, Ed. P. Ruiz-Lapuente, 2010