Portal v vesolje

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Planck: prve zvezde so se rodile precej pozno

E-pošta natisni PDF

Polarisation of the Cosmic Microwave Background zoom smallZnanstveniki, ki sodelujejo pri projektu Planck, so v preteklem tednu objavili številne zanimive rezultate. V nasprotju z nekaterimi prejšnjimi objavami, so pri slednjih upoštevali prav vse pridobljene podatke. V prispevku si bomo na hitro pogledali nekaj rezultatov, med katerimi najbolj odmeva meritev časa po Velikem poku, ko so nastale prve zvezde.

 

 

Satelit Planck

Planck je bil v vesolje izstreljen leta 2009. Satelit je vtirjen v orbito okoli t.i. druge Lagrangeove točke, ki se nahaja približno 1.5 milijona kilometrov od Zemlje (v smeri nasprotni od smeri Sonca). Gre za misijo Evropske vesoljske agencije v partnerstvu z nekaterimi drugimi agencijami in laboratoriji po svetu (npr. Nasin JPL). Oktobra 2013 so se meritve z instrumenti na satelitu končale in satelit je bil ugasnjen.

Planck-600x600

Ilustracija satelita Planck. Vir: JPL


Cilj misije je bil izdelati najbolj natančen zemljevid prasevanja (glej spodaj) na nebu do sedaj, kar bi nam pomagalo pri razumevanju nastanka in razvoja Vesolja. Satelit nosi dva instrumenta s katerima opazuje v frekvenčnem območju od 30 do 857 GHz.

Satelit je poimenovan po nemškem fiziku Maxu Plancku (1858 - 1947), ki velja za enega izmed začetnikov teorije kvantne mehanike. S svojo teorijo je Planck podal popolnoma nov pogled na naravo procesov na majhnih skalah (velikosti atoma in manj). Za svoj prispevek k razumevanju fizike je leta 1918 dobil Nobelovo nagrado iz fizike.

Prasevanje - CMB

Ko je bilo Vesolje še zelo mlado, v njem še ni bilo zvezd, galaksij in ostalih struktur, ki jih lahko opazujemo danes. V celoti je bilo zapolnjeno z vročo in gosto plazmo. Plazma je stanje, v katerem elektroni niso vezani na jedra atomov, temveč se bolj ali manj prosto gibljejo. Termična svetloba zaradi neprestanega sipanja na elektronih ni mogla pobegniti iz plazme. Vesolje pa je s širjenjem postajalo vedno hladnejše in na neki točki so elektroni in protoni tvorili atome in Vesolje je kar naenkrat postalo prozorno za svetlobo. To obdobje, imenovano tudi kot obdobje rekombinacije, se je zgodilo približno 370.000 let po Velikem poku.

The history of the Universe node full image 2

Shematični prikaz razvoja Vesolja. Sliko v višji ločljivosti dobite tukaj. Vir: ESA 


Pobegla svetloba je na začetku sicer imela visoko energijo. A svetlobi, ki potuje skozi širajoči se prostor, se frekvenca zmanjša - temu pojavu pravimo kozmološki rdeči premik. Pobegla svetloba, ki jo danes lahko opazujemo, ima tako valovno dolžino (ali frekvenco) mikrovalov. Temu sevanju, ki do nas prihaja iz vseh smeri Vesolja, pravimo mikrovalovno sevanje ozadja (ang. Cosmic Microwave Background ali CMB) ali prasevanje. Namesto o valovnih dolžinah večkrat raje govorimo o temperaturi sevanja. Prasevanje je izredno homogeno - njegova temperatura v vseh smereh neba znaša približno 2.73 K. Odstopanja od povprečne temperature se pojavijo šele na četrtem decimalnem mestu!

CMB wmap

Primer porazdelitve temperature CMB-ja na nebu. Skala je logaritmska, saj se odstopanja od povprečne temperature pojavijo šele na četrtem decimalnem mestu. Vir: WMAP


Planck in nova spoznanja

Prejšnji teden so znanstveniki objavili rezultate analize vseh podatkov, ki jih je Planck pridobil tekom svojega življenja. V splošnem so nove meritve potrdile naše razumevanja razvoja Vesolja in nastanka struktur (npr. galaksij), pri čemer so vse količine izmerjene veliko bolj natančno. Seveda pa z večjo natančnostjo in nekaterimi alternativnimi tehnikami merjenja lahko o zgodovini našega Vesolja izvemo še veliko več. Ena izmed takih tehnik je merjenje polarizacije svetlobe.

Polarisation of the Cosmic Microwave Background full sky and details medium

Zemljevid polarizacije v različnih povečavah na nebu. Vir: ESA 


Svetloba je elektromagnetno valovanje. Če se smer tega nihanja ne spreminja naključno, temveč je nihanje bolj ali manj usmerjeno v določeni smeri, je svetloba polarizirana. Polarizacija lahko nastane pri sipanju fotonov na elektronih. Preden je svetloba v obdobju rekombinacije pobegnila iz vroče plazme, se je še zadnjič sipala na elektronih. In to sipanje je ostalo zapisano v polarizaciji, ki jo merimo danes.

Ravno tako kot temperatura se tudi moč polarizacije spreminja v različnih smereh neba. Torej lahko prek merjenja polarizacije na povsem neodvisen način izmerimo starost Vesolja, hitrost širjenja in njegovo sestavo (razmerje med gostoto temne energije, temne snovi in normalne snovi). Rezultati, pridobljeni prek proučevanja polarizacije, se ujemajo z rezultati raziskovanja temperaturnih fluktuacij.

Polarizacija pa nam nudi še nekaj več - lahko si odgovorimo na vprašanje, kdaj so začele nastajati prve zvezde. Po rekombinaciji razmere v Vesolju namreč še vedno niso omogočale nastanka zvezd, saj je bil plin še vedno prevroč, da bi kolapsiral v zvezdo. Planckovi podatki so pokazali, da so prve zvezde nastale kakih 550 milijonov let po Velikem poku. Pred Planckom je najboljša ocena predvidevala, da se je "temno obdobje" končalo kakšnih 100 milijonov let prej.

Ko so nastale prve zvezde, se je končalo temno obdobje. Zvezdna svetloba je pri svojem potovanju srečevala atome plina in številni atomi so se zopet ločili na jedra in elektrone. To obdobje je znano kot obdobje reionizacije. Sipanje CMB-ja na prostih elektronih je zopet polariziralo svetlobo, in ravno ta sekundarna polarizacija je omogočila izmeriti čas po Velikem poku, ko so se zvezde rodile. Obdobje reionizacije se je končalo kakih 900 milijonov let po Velikem poku - ta podatek se skriva v opazovanjih najbolj oddaljenih galaksij in kvazarjev. Prejšnje ocene konca temnega obdobja so znanstvenikom povzročale kar nekaj preglavic, saj v tem primeru ni bilo mogoče pojasniti časa konca reionizacije. Z novo meritvijo s Planckovimi podatki ta problem ni več tako pereč.

Velja omeniti še nekaj drugih dosežkov satelita Planck. Opazovanja so bila med drugim uporabljena za objavo najpopolnejšega kataloga jat galaksij do sedaj. V katalogu je objavljenih kar 1500 jat. S pomočjo kataloga bodo znanstveniki bolje spoznali, kako je snov porazdeljena na kozmičnih skalah, kar je izredno pomembno za razumevanje razvoja struktur v Vesolju. Za 400 jat galaksij so znanstveniki z metodo gravitacijskega lečenja izmerili tudi njihove mase, ki se gibljejo od 100 do 1000-kratnika mase naše Galaksije.

Pri opazovanju CMB-ja je potrebno biti izjemno previden, saj je v Vesolju, sploh pa v naši Galaksiji veliko motečih dejavnikov, ki sevanjo pri enaki frekvenci in tudi kako drugače vplivajo na prihajajočo svetlobo. Po zahtevnem in dolgotrajnem postopku so znanstveniki vse te različne komponente med seboj uspešno ločili. Na ta način so dobili zemljevide že omenjenega gravitacijskega lečenja, prahu in plina v naši Galaksiji, itd. Vse te zemljevide si lahko v interaktivni obliki ogledate tukaj.

Vir: ESA, JPL

 

Podporniki:

     


Dan in noč
Dan in noč
Zvezdna karta
Zvezdna karta
Observatorij Črni Vrh
Luna
Trenutna faza (vir USNO):
Luna
Več o fazah in položaju
Sonce - Mauna Loa
Sonce - Mauna Loa
Sonce - SOHO
Sonce - SOHO Lasco C2 EIT 284 Lasco C3 MDI
Sončne pege
Sončne pege
Severni in južni sij
aurora

Efemeride
18.09.2019 01:48 CEST
17.09.2019 23:48 UT
Sonce vzide 06:43 
zaide 19:08 
Luna vzide 21:21 
zaide 10:40 
Planeti (vir: Spika)
Angleški portal v vesolje
Amaterska slika dneva
Amaterska slika dneva
NASA - Slika dneva
ESO - Slika tedna
Hubble - Slika tedna
Kje je ISS?
Kje je ISS?
Osončje
Osončje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost