Наблюдения за ранней Вселенной подтверждают существование темной материи и темной энергии

Планк

Космический микроволновый фон, видимый европейским спутником Planck. (Изображение предоставлено: ESA / Planck Collaboration)



Темная материя и темная энергия может быть странной и (на данный момент) необъяснимой, но, похоже, они существуют.

Официальные данные Европейского космического агентства (ЕКА), объявленные во вторник (17 июля), окончательный выпуск данных европейской миссии Planck, которая с беспрецедентной детальностью нанесла на карту самый старый свет Вселенной с 2009 по 2013 год, подтверждает «стандартную модель космологии». А темная материя и темная энергия - ключевые особенности стандартной модели.





«Это самое важное наследие Planck», - сказал в своем заявлении Ян Таубер, ученый из проекта Planck ЕКА. «Пока что стандартная модель космологии выдержала все испытания, и Планк провел измерения, которые это показывают». [Вселенная: Большой взрыв в 10 простых шагов к настоящему времени]

Отображение древнего света

Как и две предыдущие космические миссии НАСА - Cosmic Background Explorer и Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - Planck изучал космический микроволновый фон (CMB).



Реликтовое излучение начало распространяться по Вселенной примерно через 380000 лет после Большого взрыва - задолго до того, как начали сиять первые звезды. Наблюдаемые крошечные колебания реликтового излучения свидетельствуют о том, что семена выросли в более крупную структуру космоса, поэтому тщательное изучение этого света может раскрыть ключевые идеи об очень ранних днях Вселенной.

И эта работа действительно была продуктивной. Например, первый выпуск данных Planck в марте 2013 г. показал, что Вселенной 13,82 миллиарда лет - примерно на 100 миллионов лет старше, чем считалось ранее. Наблюдения также предоставили сильную поддержку космической инфляции, идее о том, что Вселенная расширяется намного быстрее скорости света в первые несколько крошечных долей секунды после Большого взрыва.



Выпуск 2013 года был основан исключительно на измерениях Планком температуры реликтового излучения и использовал данные только первых двух (из восьми) обзоров неба, проведенных миссией. Во втором выпуске, выпущенном в 2015 году, измерения температуры сочетались с наблюдениями за поляризацией реликтового излучения - по сути, характеризацией колебаний света - и были представлены все данные Planck.

Результаты 2015 года совпали с результатами, полученными двумя годами ранее, и расширили их в область общей космологии. Но тогда команда миссии подчеркнула, что ее результаты по космологии остаются предварительными и нуждаются в подтверждении.

Мы чувствовали, что качество некоторых данных по поляризации было недостаточно хорошим для использования в космологии », - сказал Таубер.

Но это представление изменилось с выходом новой версии, которая представляет собой новую обработку данных миссии. (Выпуск состоит из девяти статей, все из которых были отправлены в журнал Astronomy & Astrophysics. Вы можете найти их, а также статьи, которые составляют выпуски Planck за 2013 и 2015 годы, по адресу Страница публикации ЕКА Planck .)

«Теперь мы действительно уверены, что сможем восстановить космологическую модель, основанную исключительно на температуре, только на поляризации, и основанную как на температуре, так и на поляризации. И все они совпадают, - сказал Рино Мандолези из Университета Феррары в Италии. то же заявление . Мандолези - главный исследователь низкочастотного прибора (LFI), одного из двух научных инструментов Планка. (Другой - высокочастотный инструмент.)

И модель, которую они извлекли, является стандартной, которая утверждает (среди прочего), что Вселенная состоит из «нормальной» материи, которую мы можем увидеть и потрогать; холодная темная материя, которая не поглощает и не отражает свет, поэтому ее невозможно обнаружить напрямую; а также темная энергия , таинственная сила, которая, кажется, движет ускоряющимся расширением Вселенной. Нормальная материя является наименее распространенной из трех, составляя менее 5 процентов баланса массы и энергии Вселенной.

Неясно, что такое темная материя и темная энергия; они продолжают озадачивать астрономов. Например, физики предложили десятки частиц в качестве основного компонента темной материи, но все они остаются в гипотетической сфере. [Галерея: Темная материя во Вселенной]

Измерения постоянной Хаббла.

Измерения постоянной Хаббла.(Изображение предоставлено: ESA / Planck Collaboration)

Расширяющаяся тайна

Данные Планка также помогли астрономам определить скорость расширения Вселенной - величину, известную как Постоянная Хаббла . Согласно наблюдениям Планка далекой ранней Вселенной, постоянная Хаббла составляет 67 километров в секунду на каждые 1 миллион парсеков разделения в космосе (67 км / с / Мпк). (Один парсек составляет около 3,26 светового года.)

Но это число далеко не окончательное. Фактически, он отличается от рисунка, полученного на основе наблюдений относительно близлежащих явлений с помощью космического телескопа НАСА Хаббл и космического корабля ЕКА Gaia - 73,5 км / с / Мпк.

Эта разница может показаться незначительной, но, по мнению исследователей, она значительна.

«Не существует единого удовлетворительного астрофизического решения, которое могло бы объяснить это несоответствие», - сказал в том же заявлении заместитель главного исследователя LFI Марко Берсанелли из Миланского университета в Италии. «Так что, возможно, нужно найти какую-то новую физику».

Или, может быть, нет.

«На данный момент нам не следует слишком увлекаться открытием новой физики; вполне может быть, что относительно небольшое расхождение можно объяснить сочетанием небольших ошибок и локальных эффектов », - сказал Таубер. «Но мы должны продолжать улучшать наши измерения и думать о лучших способах объяснить это».

Следуйте за Майком Уоллом на Twitter @michaeldwall а также Google+ . Подписывайтесь на нас @Spacedotcom , Facebook или Google+ . Первоначально опубликовано Space.com .