Perkembangan yang mempercepatkan Semesta akan menjadi tersedia untuk pengukuran langsung dalam dekad yang akan datang • Igor Ivanov • Berita Sains mengenai "Elemen" • Astrofizik

Mempercepat pengembangan alam semesta akan menjadi pengukuran langsung dalam dekad yang akan datang.

Pecutan galaksi pada redshifts yang berbezaz dari 0 hingga 3. Garis hitam – ramalan teoritis berdasarkan gambar kosmologi moden (ΛCDM); garis putus-putus – ramalan teori yang dilakukan tanpa tenaga gelap sama sekali. Mata dengan ralat – keputusan percubaan yang diharapkan yang boleh diperolehi oleh teleskop radio khusus generasi baru selama satu dekad kerja. Dengan warna Kawasan peralihan semula, di mana eksperimen CHIME masa depan berorientasikan, diserlahkan. Imej dari artikel yang sedang dibincangkan

Adalah diketahui bahawa Universe berkembang, dan berkembang dengan percepatan. Walau bagaimanapun, semua bukti percubaan yang memihak kepada pecutan diperoleh dengan cara tidak langsung: untuk pemerhatian langsung, kepekaan teleskop masih kurang. Pengiraan yang diterbitkan dalam jurnal Surat Pemeriksaan Fizikalmenunjukkan bahawa pengubahsuaian kecil teleskop radio yang sedang dibina akan segera membolehkan kita mengesan secara langsung percambahan Semesta.

Perkembangan yang mempercepatkan alam semesta dan kesukaran untuk memerhatikannya

Pemerhatian astronomi menunjukkan bahawa alam semesta secara keseluruhannya berkembang.Galaksi jauh bergerak dari kami, dan semakin jauh, semakin cepat mereka lari dari kami. Fakta ini, serta undang-undang Hubble, yang menghubungkan jarak ke galaksi dengan kelajuan jarak mereka dari kami, telah diketahui selama hampir satu abad. Baca lebih lanjut mengenai pengukuran di mana kesimpulan ini berasaskan, baca dalam artikel Bagaimana ahli astronomi tahu ini, dalam kuliah umum oleh John Mather dan dalam senarai besar soalan dan jawapan dalam kosmologi.

Baru-baru ini, ia juga mendapati bahawa alam semesta kini berkembang. dengan pecutan. Hasil pemerhatian pertama yang memihak kepada ini muncul pada tahun 1998, dan setelah satu dekade pemeriksaan kritikal dan pengesahan bebas, kesimpulan ini juga menjadi fakta yang tersusun dalam kosmologi. Hadiah Nobel dalam Fizik untuk 2011 dianugerahkan hanya untuk penemuan ini. Di dalam rangka gambaran kosmologi moden dunia, bukan perkara biasa yang bertanggungjawab untuk pengembangan yang mempercepat ini, dan juga bukan perkara gelap yang misterius, tetapi bahan yang sangat istimewa yang disebut tenaga gelap.

Pemerhatian astronomi yang mengesahkan perkembangan pesat di alam semesta adalah berbeza-beza. Walau bagaimanapun, kita mesti memahami dengan jelas bahawa semua pemerhatian ini – tidak langsung. Kita tidak melihat secara langsung bahawa kadar pengembangan alam semesta tumbuh dengan masa. Kami hanya mempunyai katalog objek yang terletak pada jarak yang berbeza dari kami, mengukur kelajuan dan kecerahan mereka, cuba bandingkan pengedaran yang dihasilkan dengan pengiraan teori dan memahami bahawa keseluruhan set data tidak dapat dijelaskan dengan sambungan seragam yang mudah. Tetapi andaian tenaga gelap, yang disahkan oleh data kosmologi yang lain, dengan sempurna mengatasi huraian ini.

Walau bagaimanapun, untuk menjadi lebih dipercayai, untuk jaminan besi, adalah berguna untuk mengukur fakta perkembangan pesat Universe secara langsung. Ini boleh dilakukan dengan bantuan ujian Sandage-Loeb yang dipanggil. Ia kelihatan agak mudah. Kami memantau beberapa objek jauh dan mengukur kadar penyingkirannya menggunakan kesan Doppler. Sekiranya cahaya dipancarkan oleh sumber pada satu gelombang panjang, dan kami mendaftarkannya kepada yang lain, yang lebih besar, maka nisbahnya akan memberi kita magnitud peralihan merah sumber. z, dan ia membolehkan anda mencari kelajuan penyingkirannya. Jika ukuran sedemikian dilakukan dari masa ke semasa selama beberapa tahun, maka lambat laun kita akan melihat bahawa peralihan merah meningkat – sumber cahaya sedang mempercepatkan mengenai kami Dengan pengukuran ini, kita tidak perlu membandingkan objek yang berbeza, menganggarkan jarak kepada mereka, atau mengukur kecerahan mereka. Hanya ikuti peralihan semula. objek yang samatetapi dari masa ke masa. Oleh kerana pengukuran spektroskopik sangat tepat, dan sumber itu sendiri tidak pergi ke mana-mana, nampaknya tidak ada masalah dengan pengukuran ini.

Bagaimanapun, pandangan yang sedikit lebih perhatian mendedahkan beberapa masalah. Pertama, pecutan yang dianggarkan mestilah sangat kecil. Sebagai anggaran yang sangat kasar, anda boleh mengambil kelajuan cahaya yang dibahagikan dengan usia Universe (13 bilion tahun), ini akan memberi kira-kira 2 (cm / s) / tahun, iaitu kira-kira 10−10 dari percepatan kejatuhan bebas di luar Bumi. Perintah sedemikian akan menjadi pecutan objek pada redshifts besar. z – dengan syarat bahawa mereka benar-benar mempercepatkan.

Bagaimanapun, kesukaran kedua timbul. Pengembangan yang dipercepatkan ialah tidak selalu. Percepatan bermula agak baru pada skala kosmologi, ketika usia Universe sudah 10 bilion tahun. Sebelum ini, alam semesta telah berkembang dengan pesatnya: tarikan graviti kemudiannya masih mengatasi pengaruh yang menjijikkan dari tenaga gelap.Oleh itu, jika kita melihat galaksi jauh dengan z > 2, maka kita akan melihat mereka kembali dalam era yang jauh, ketika percepatan belum. Oleh itu, untuk pemerhatian percepatan secara langsung, kita harus melihat hanya pada objek yang cukup dekat, tetapi mereka telah dipercepatkan untuk pemerhatian hari ini. Dan jika mereka rapat, maka mereka akan mempunyai lebih sedikit percepatan; pengiraan menunjukkan bahawa ia tidak akan melebihi 0.4 (cm / s) / tahun (lihat angka).

Kesukaran ketiga timbul dari fakta bahaya bahawa galaksi berinteraksi antara satu sama lain. Ini bermakna bahawa mereka mempunyai pecutan biasa yang disebabkan oleh daya tarikan graviti dan tidak sama sekali berkaitan dengan perkembangan yang pesat dari Alam Semesta. Ia juga mesti diambil kira agar tidak mengelirukan dengan kesan kosmologi yang diingini. Dan Sistem Suria itu sendiri, dan oleh itu alat pemerhatian, juga mengalami pecutan sentripetal yang diarahkan ke pusat galaksi kita. Nasib baik, percepatan diri ini mudah dikawal oleh tempoh pulsar.

Kesukaran keempat disebabkan oleh pergerakan dalaman bahan bercahaya di dalam sumber. Cahaya dari galaksi jauh adalah kombinasi cahaya sejumlah besar objek atau kawasan lanjutan.Kesemuanya mempunyai kelajuan pergerakan sendiri di dalam galaksi, yang kemudiannya ditambah, kemudian dikurangkan dari kelajuan galaksi itu sendiri. Malah di dalam satu sumber panas ada atom yang pada saat radiasi bergerak dengan kecepatan yang besar kepada kita atau dari kita. Oleh itu, walaupun semua mereka dalam sistem rujukan mereka memancarkan cahaya pada satu gelombang panjang, kita akan memerhatikan tidak sempit, tetapi garis pancaran sedikit kabur. Kerana Doppler yang tidak dapat dielakkan itu kabur, akan sangat sukar untuk melihat pergeseran kosmologi yang tidak dapat dielakkan dari garisan pelepasan.

Pengukuran langsung percepatan dalam pautan radio hidrogen

Kaedah artikel Pengukuran Terus Percepatan Kosmik oleh Penyerapan Sistem 21-cm, diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal Surat Pemeriksaan Fizikal, menerangkan kaedah pengukuran secara langsung terhadap perkembangan pantas dari Alam Semesta, yang membolehkan sebahagiannya mengatasi masalah ini. Dengan sendirinya, kaedah ini juga tidak baru, tetapi setakat ini ia tidak begitu pasti bahawa ia akan membenarkan, dalam masa yang munasabah, untuk membawa kepada pengesanan percepatan dipercayai. Pengiraan yang diberikan dalam artikel menunjukkan bahawa ini hanya benar jika anda membuat beberapa pengubahsuaian kepada teleskop radio generasi baru yang sedang dibina.

Ia menggunakan kesan yang sama, tetapi bukan untuk garisan pelepasan, tetapi untuk garisan penyerapan, dan, lebih-lebih lagi, bukan untuk jarak optik, tetapi untuk pelepasan radio pada panjang gelombang 21 cm. Nombor itu tidak diambil dari siling sama sekali. Baris spektrum terkenal 21 cm muncul sebagai hasil elektron melompat dalam atom hidrogen di antara dua tahap tenaga yang sangat dekat, dipisahkan oleh pembahagian hyperfine. Pemerhatian radio di langit pada panjang gelombang ini memungkinkan untuk memetakan awan berlanjutan hidrogen atom neutral dalam galaksi. Jika awan hidrogen yang cukup padat berada di jalan pelepasan radio dari beberapa galaksi yang lebih jauh, kita melihat garis penyerapan – kegagalan keamatan isyarat radio pada panjang gelombang ini. Dengan membandingkan panjang gelombang diukur dengan nominal, kita memperoleh halaju awan hidrogen dengan kesan Doppler.

Artikel ini menerangkan beberapa kelebihan pengamatan radio dengan 21 cm berbanding dengan optik konvensional. Pertama, dengan sendirinya, garis ini sangat sempit dan kedudukannya diketahui dengan ketepatan yang tinggi. Kedua, ia berlaku di awan sejuk hidrogen, kerana hidrogen panas tidak akan kekal sebagai gas neutral.Ini bermakna bahawa kelajuan pergerakan atom individu adalah kecil dan penggabungan garis adalah kurang daripada untuk sumber panas.

Ketiganya, seluruh keluarga teleskop radio sedang dibina, yang pada tahun-tahun mendatang akan mulai mengamati Alam semesta hanya di pautan radio hidrogen neutral dan pada pergeseran merah yang diperlukan. Contohnya, contohnya, percubaan Kanada CHIME, yang dijangka dibuat tahun depan, atau, dalam jangka panjang, projek SKA gergasi dengan kawasan antena radio setiap kilometer persegi. Tugas utama mereka adalah berkaitan dengan kajian pembahagian hidrogen spasial di Alam Semesta, tetapi, sebagaimana yang dijelaskan penulis, mereka dapat disesuaikan untuk mengesan perkembangan yang dipercepat. Untuk melakukan ini, perlu meningkatkan lagi resolusi spektrum teleskop, serta menjamin kestabilan frekuensi pada tahap 10−11 lebih sedekad. Pada dasarnya, ini dapat direalisasikan dengan bantuan standard frekuensi moden, tetapi perlu dilaksanakan dalam projek-projek yang sudah ada sekarang, semasa pembinaan teleskop radio.

Ia mesti dikatakan bahawa percubaan untuk mengukur pecutan menggunakan garis 21 cm yang sama telah dibuat. Keputusan terkini di sini bermula pada tahun 2012.Pemerhatian radio selama 13 tahun untuk objek sedozen terletak di redshifts dari 0.09 hingga 0.69, memberikan hasil berikut untuk pecutan: -5.5 ± 2.2 (m / s) / tahun (note – m / s, bukan cm / s!). Tanda minus tidak bermakna pecutan, tetapi melambatkan, yang pada pandangan pertama bertentangan dengan perkembangan pesat, tetapi kerana kesilapan besar, tidak ada kesimpulan akhir yang harus dibuat di sini. Untuk merasakan perkembangan yang diperkirakan dipercepat di Semesta, kepekaan eksperimen perlu ditingkatkan dengan tiga pesanan magnitud. Pengarang artikel itu mendakwa bahawa ini mungkin. Keuntungan di sini bukan hanya di teleskop radio baru yang lebih sensitif, tetapi juga dalam sejumlah besar (kira-kira satu juta) objek tertentu dengan hidrogen neutral, yang akan dipantau serentak. Rata-rata di atas mereka akan mengurangkan ralat secara mendadak.

Anggaran untuk menunjukkan percubaan CHIME bahawa dalam tempoh 10 tahun operasi, kemungkinan untuk mendaftarkan perkembangan yang pesat dari Alam Semesta pada tahap kepentingan statistik 5 penyimpangan piawai. Untuk SKA projek kami sudah bercakap tentang beberapa tahun. Perlu diberi penekanan bahawa pengukuran ini tidak terhad kepada fakta semata-mata untuk mempercepat percepatan, tetapi juga membenarkan pengukuran secara terperinci bagaimana ia bergantung pada pergeseran merah.Ini bermakna bahawa ia adalah mungkin untuk menguji secara langsung model-model teoretik tenaga gelap, termasuk model graviti yang eksotik. Dalam erti kata lain, satu alat penyelidikan yang lebih kuat akan muncul dalam senjata ahli kosmologi.

Sumber: Hao-Ran Yu, Tong-Jie Zhang, dan Ue-Li Pen. Kaedah Pengukuran Terus Percepatan Kosmik oleh Penyerapan Sistem 21-cm // Surat Pemeriksaan Fizikal 113, 041303 (2014).

Igor Ivanov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: