Überbrückung der Lücke zwischen dem kosmischen Mikrowellenhintergrund und den ersten Galaxien

Einer der heiligen Grals in Kosmologie ist ein Rückblick auf die frühesten Epochen der kosmischen Geschichte. Leider sind die ersten hunderttausend Jahre des Universums in einem undurchdringlichen Nebel gehüllt. Bisher konnte niemand es an dem Urknall vorbei sehen. Wie sich herausstellt, sprengen Astronomen diesen kosmischen Nebel, indem sie Daten aus dem Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Chile verwenden.

ACT gemessen das Licht, das erstmals 380.000 Jahre nach dem Urknall im Babyuniversum gemessen wurde. Laut dem Konsortiumdirektor Suzanne Staggs öffnete diese Messung das Fenster für eine Zeit, in der sich die ersten kosmischen Strukturen anfingen, sich zu versammeln. „Wir sehen die ersten Schritte, um die frühesten Sterne und Galaxien zu machen“, sagte sie. „Und wir sehen nicht nur Licht und Dunkel, wir sehen die Polarisation von Licht in hoher Auflösung. Das ist ein definierender Faktor, der von Planck und anderen früheren Teleskopen unterscheidet.“

Die klareren Daten und Bilder aus ACT helfen auch den Wissenschaftlern, genau zu verstehen, wann und wo sich die ersten Galaxien zu bilden begannen. Wenn die ACT -Daten bestätigt werden, repräsentieren sie das früheste Babybild des Universums und zeigen Wissenschaftlern, wie die Samen der Galaxien nur wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall aussahen.

Wie ACT ein kosmisches Babybild lieferte

Stagg und andere in der ACT -Zusammenarbeit konzentrierten sich auf sehr subtile Unterschiede in der Dichte und Geschwindigkeit von Gasen im sehr jungen Universum. Laut ACT stellvertretender Direktor Mark Devlin war es ein langwieriger Prozess. „Um diese neue Messung durchzuführen, brauchten wir eine 5-jährige Belichtung mit einem empfindlichen Teleskop, das für die Millimeter-Wellenlängen-Licht eingestellt wurde“, sagte er und wies darauf hin, dass die Beobachtungen hochempfindliche Detektoren und Computerunterstützung erforderten.

Die Zusammenarbeit hat die Polarisation von Licht aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) gemessen. Das ist das schwache Mikrowellenleuchten, der den Raum füllt. Es ist das älteste Licht im Universum und repräsentiert eine Epoche, wenn Licht zum ersten Mal in der Lage war, sich frei durch das expandierende Kindesuniversum zu bewegen. Vor dieser Zeit war der Raum mit einem sogenannten „ursprünglichen Plasma“ gefüllt. Es war zu heiß, um sich Licht zu vermehren.

Im Wesentlichen war alles und jeder Ort dunkel. Das CMB ist das schwache Licht, das endlich frei reisen konnte. Es zeigt winzige Temperaturschwankungen in verschiedenen Regionen, was auf Variationen der Gasdichte und der Art und Weise, wie es sich durch den Raum bewegte, anzeigt. Stellen Sie sich diese Variationen als „Samen“ zukünftiger Sterne und Galaxien vor.

Ein kleiner Teil des Lichts aus dem CMB wurde polarisiert, als es mit den frühesten „Dichtestrukturen“ im Säuglingsuniversum interagierte. Im Wesentlichen vibriert es in eine andere Richtung als der Rest des Lichts. Lichtwellen vibrieren in alle Richtungen, können aber in eine sehr bestimmte Richtung verschoben werden, wenn sie auf eine Oberfläche treffen.

Hier auf der Erde ist der einfachste Weg, dies zu verstehen, eine polarisierte Sonnenbrille anzuziehen. Sie blockieren horizontal polarisierte Lichtwellen, die von Oberflächen wie Wasser abprallen. Wenn eine Lichtwelle eine Gaswolke trifft, polarisiert sie und ändert ihre Schwingungsrichtung. Die Polarisation kann Informationen über das Objekt aufzeigen, das die Lichtwelle umgeleitet hat. In diesem Fall wurde es verursacht, als das früheste Licht von den damals existierenden Dichtestrukturen abprallte.

Aus dem CMB in polarisiertes Licht graben

ACT ist nicht das erste Teleskop, das diese langweilige Ära der kosmischen Geschichte untersucht. Der Planck -Satelliten maß beispielsweise auch das schwache Licht des CMB. Laut Teammitglied Sigurd Naess hat Act einen besser gemacht. „ACT hat die fünfmalige Lösung von Planck und eine größere Sensibilität“, sagte Naess, Forscher an der Universität von Oslo und führender Autor eines von mehreren Papieren im Zusammenhang mit dem Projekt. „Dies bedeutet, dass das schwache Polarisationssignal jetzt direkt sichtbar ist.“

Die durch ACT erhaltenen Polarisationsbilder zeigen die detaillierte Bewegung des Wasserstoff- und Heliumgas im frühen Universum. „Vorher mussten wir sehen, wo sich die Dinge befanden, und jetzt sehen wir auch, wie sie sich bewegen“, sagte Staggs. „Wie bei der Verwendung von Gezeiten, um auf das Vorhandensein des Mondes zu schließen, sagt die Bewegung, die durch die Polarisation des Lichts verfolgt wird, wie stark der Schwerpunkt in verschiedenen Teilen des Raums war.“

Act -Bilder von polarisiertem Licht aus dem CMB zeigen sehr subtile Variationen der Dichte und Geschwindigkeit der Gase, die das junge Universum füllten. Was wie verschwommene Wolken in der Intensität des Lichts aussehen, sind mehr und weniger dichte Regionen in einem Meer aus Wasserstoff und Helium. Diese Regionen erstreckten sich über Millionen von Lichtjahren. Schließlich zog die Schwerkraft die dichteren Bereiche zusammen, um Sterne und Galaxien zu bilden. Ihr detailliertes Erscheinungsbild in einer so frühen Epoche der kosmischen Zeit hilft Wissenschaftlern, einige schwierige Fragen zur Geburt des Universums zu beantworten.

„Indem wir auf diese Zeit zurückblicken, als die Dinge viel einfacher waren, können wir die Geschichte zusammenfügen, wie sich unser Universum zu dem reichen und komplexen Ort entwickelt hat, an dem wir uns heute befinden“, sagt Jo Dunkley, der Joseph Henry -Professor für Physik und astrophysische Wissenschaften an der Princeton University und der Leiter der Act -Analyse.

Mehr enthüllen

Die Daten von ACT enthält auch Informationen zu anderen Objekten im Raum, einschließlich der Milchstraße, anderer Galaxien und Galaxiencluster. In gewissem Sinne verfolgt es die Entwicklung des Universums von seiner Kindheit bis zur Neuzeit. Diese Daten weist laut Erminia calabrese, einem führenden Autor einer von mehreren Arbeiten über die ACT -Beobachtungen, auch auf etwas anderes hin, einschließlich eines leitenden Autors gepostet zu Arxiv Preprint -Server.

„Wir haben genauer gemessen, dass das beobachtbare Universum fast 50 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen von uns erstreckt und so viel Masse wie 1.900 ‚Zetta-Suns enthält, oder fast 2 Billionen Billionen Sonnen sonnen“, sagte Calabrese. “ Materie und das Äquivalent von 1.300 sind die dominierende Vakuumenergie (auch dunkle Energie genannt) des leeren Raums. „

Die neuen Daten von ACT halfen auch Wissenschaftlern, das Alter des Universums zu einer viel genaueren Grenze von 13,8 Milliarden Jahren zu verfeinern. Sie können Wissenschaftlern auch helfen, mehr darüber zu verstehen, wie schnell es in der modernen Zeit wächst. Diese neuen Messungen werden Wissenschaftlern helfen, wenn sie sich auf den Übergang zum neuen Simons Observatory in Chile vorbereiten. Wie Act wird es auch auf Studien des CMB konzentrieren und große Himmelschatten bei mehreren Frequenzen beobachten.