Astronomowie z NASA ogłosili wczoraj wyniki pomiarów mikrofalowego promieniowania tła, wykonanych przez sondę WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Badania te jednocześnie podają nam nowy wiek Wszechświata ustalając go na 13,7 miliarda lat.

Zadaniem sondy jest mierzenie subtelnych zmian temperatury mikrofalowego promieniowania tła na całej sferze niebieskiej. Po 6 miesiącach analizowania zebranych dotąd danych (dwóch obrazów całego nieba), uczeni z zespołu kierowanego przez Charlesa Bennetta z Goddard Space Flight Center, przedstawili mapę temperatury mikrofalowego promieniowania tła na całym niebie, a także podali nowe oszacowania wieku Wszechświata i jego podstawowych parametrów.

Mikrofalowe promieniowanie tła, wyemitowane w bardzo wczesnym okresie istnienia Wszechświata, stanowi swoistą pamiątkę po najdawniejszych etapach jego rozwoju. Pojawiło się w momencie, kiedy materia we Wszechświecie była jeszcze niemal całkowicie jednorodna – dlatego też dochodzące do nas ze wszystkich stron mikrofalowe promieniowanie tła jest niemal doskonale jednorodne, o temperaturze 2,73 K. Bardzo niewielkie różnice w temperaturze różnych miejsc nieba stanowią dla astronomów bezcenną wskazówkę, ujawniają bowiem niewielkie zagęszczenia materii, które stały się zalążkami przyszłych galaktyk i ich gromad. Szczegółowa analiza niejednorodności temperatury mikrofalowego promieniowania tła na niebie odsłoni też dla uważnego obserwatora liczne tajemnice późniejszej historii Wszechświata. Jest to powód, dla ktorego kosmologowie z nadzieją wypatrują coraz to nowych i dokładniejszych danych, dotyczących mikrofalowego promieniowania tła.

Sonda MAP podróżująca do punktu L2

Artystyczna wizja sondy MAP w podróży do punktu L2. Podróż sondy Microwave Anisotropy Probe (MAP) do drugiego punktu Lagrange’a (L2) układu Ziemia-Słońce potrwa trzy miesiące. Po drodze sonda skoryguje swoją trajektorię lotu wykorzystując pole grawitacyjne Księżyca. Projekt MAP jest pierwszą misją do punktu L2.

MAP nie jest pierwszą sondą, która dostarczył mapę rozkładu temperatur mikrofalowego promieniowania tła na całym niebie. Jego poprzednik, satelita COBE (Cosmic Microwave Background Explorer) zmierzył anizotropię mikrofalowego promieniowania tła na całym niebie w roku 1992.

Fotografie młodego Wszechświata, przedstawiające go w wieku 380,000 lat po Wielkim Wybuchu, ponad 13 miliardów lat temu. W 1992 roku misja COBE odkryła wzory w najstarszym świetle we Wszechświecie (pokazane tu jako wariacje koloru). WMAP umożliwił uzyskanie tej samej mapy w 35-krotnie lepszej rozdzielczości.

Od tego czasu wiele coraz dokładniejszych urządzeń mierzyło anizotropię mikrofalowego promieniowania tła, ale zawsze eksperymenty ograniczały się do niewielkiego fragmentu nieba. Nowa mapa całego nieba, dostarczona przez MAP, jest znacznie dokładniejsza od poprzedniej. Osiągnięta w nowym eksperymencie rozdzielczość przekracza 35-krotnie rozdzielczość mapy wykonanej przez COBE.

Otrzymanie nowego i znacznie dokładniejszego od poprzedniego “zdjęcia” wczesnego Wszechświata pozwoliło badaczom na przeprowadzenie pomiarów, a uwzględnienie innych dostępnych danych, dotyczących struktury Wszechświata, pozwoliło oszacować jego podstawowe parametry. Uczeni obliczyli wiek Wszechświata – szacowany dotychczas na 12 do 15 miliardów lat – i otrzymali wynik 13,7 miliardów lat z dokładnością bliską 1%. Mikrofalowe promieniowanie tła wyemitowane zostało 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu. Wszechświat składa się najprawdopodobniej w 4% z normalnej materii. 23% jego masy stanowi “ciemna materia”, której natura wciąż pozostaje nieznana, a za pozostałą masę (73%) odpowiada tajemniczy element, zwany ciemną energią.

Wyłaniający się z tych liczb obraz zgodny jest z danymi z poprzednich eksperymentów. Dane potwierdzają również teorię Wielkiego Wybuchu oraz coraz szybszgo rozszerzania się Wszechświata. Stanowią niezależny test dla teorii opisujących jego powstanie, rozwój i koniec. Dane uzyskane podczas programu stanowią potężne narzędzie pozwalające badać cechy fizyczne wczesnego Wszechświata.

WMAP okazał się kopalnią nowych informacji” – mówi Charles Bennett z Goddard Space Flight Center. – “Po pierwsze, dostarczył nowego, szczegółowego obrazu całego Wszechświata, poświaty pozostałej po Wielkim Wybuchu. Po drugie, ukazał Wszechświat na etapie powstawania pierwszych gwiazd. Po trzecie, dokładne dane liczbowe uzyskane przez WMAP stanowią kamień milowy spójnej teorii kosmologicznej. Przykładem takich wyliczeń jest oszacowanie wieku Wszechświata“.

WMAP zdołał także zmierzyć polaryzację mikrofalowego promieniowania tła, której istnienie po raz pierwszy stwierdzono doświadczalnie dopiero we wrześniu ubiegłego roku. Pomiary polaryzacji na całej sferze niebieskiej doprowadziły badaczy do wniosku, że pierwsze gwiazdy pojawiły się we Wszechświecie zaledwie 200 milionów lat po jego powstaniu – znacznie wcześniej, niż ktokolwiek przypuszczał. Zdołano również określić, że 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu zaczęły podróżować pierwsze fotony, czyli można było po raz pierwszy zobaczyć Wszechświat i gwiazdy.

Zasadniczo, szukaliśmy kombinacji liczb, która jednocześnie wyjaśni wszystko” – powiedział Bennett. – “Dokonaliśmy tego w jednym kroku. Zebraliśmy pomiary rejonizacji (wybijania elektronów z otaczającej młode gwiazdy materii, które odpowiada za obserwowaną polaryzację) i wyliczyliśmy, jakie parametry Wszechświata najlepiej pasują do tego obrazu. […] Nasza technika pomiaru jest całkowicie inna od stosowanych dotychczas. Fakt, że otrzymaliśmy zbliżone wyniki, jest bardzo znaczący“.

Sonda Microwave Anisotropy Probe (MAP) została wystrzelona Sonda MAP wystartowała“>30 czerwca 2001 roku o godzinie 21:46. Sonda Sonda MAP przeleciała w pobliżu Księżyca“>wykorzystała grawitację Księżyca, aby po trzech miesiącach podróży Sonda MAP po trzech miesiącach dotarła do celu“>dotrzeć do celu – punktu libracyjnego L2. Na wczorajszej konferencji NASA ogłosiła, że zmienia nazwę sondy, aby uczcić kosmologa z Princeton, Davida Wilkinsona, który zmarł we wrześniu 2002.

MAP ma kontynuować pomiary mikrofalowego promieniowania tła przez najbliższe trzy lata. Astronomowie mają nadzieję, że uda się w tym czasie zgromadzić więcej jeszcze dokładniejszych danych.

Autor

Łukasz Wiśniewski