Astronomowie odkryli gigantyczny obszar pustej przestrzeni we Wszechświecie. Rozciąga się on na setki megaparseków i pod względem wielkości zdecydowanie dyskwalifikuje wszystkie znane dotąd wielkoskalowe struktury Wszechświata. Wszystko wskazuje również na to, że nie zawiera on zarówno widzialnej, jak i ciemnej materii. Zachowanie fotonów w tym obszarze może być dowodem na przyspieszanie ekspansji Wszechświata.

Do tej pory znajdowano duże obszary pustki, ale naukowcy nawet nie spodziewali się istnienia tak gigantycznej struktury. Nie przewidziały go też komputerowe symulacje wielkoskalowej ewolucji Wszechświata, ponieważ obejmowały obszar mniejszy, niż zajmuje cała nowo odkryta pustka.

Obiekt znajduje się w gwiazdozbiorze Erydana, rozciąga się w zakresie 6-10 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Astronomowie szacują, że jego średnica wynosi około 280 megaparseków, czyli niemal miliard lat świetlnych. Odnajdowane dotąd obszary pustki miały objętości 40 razy mniejsze, o średnicach nie przekraczających 80 megaparseków. Nowo odkryty obszar pustki mógł być – paradoksalnie – łatwo przeoczony przez poprzednie badania w zakresie promieniowania widzialnego właśnie ze względu na swoje gigantyczne rozmiary. Nikt bowiem nie analizował tak wielkich obszarów.

Ilustracja ukazująca efekt oddziaływania materii na CMB. Od prawej – CMB jest emitowane krótko po Wielkim Wybuchu, a wszelkie zmiany w temperaturze to fluktuacje wczesnego Wszechświata. Podczas przechodzenia przez struktury Wszechświata, promieniowanie doświadcza zaburzeń. W kierunku nowo odkrytego obszaru pustki sonda WMAP widzi chłodną plamę, a VLA mniejszą ilość radiogalaktyk.

Jako pierwszy obszarem tym zainteresował się Lawrence Rudnick z University of Minnesota. Postanowił zbadać, jaka jest geneza tzw. „chłodnej plamy” na mapie mikrofalowego promieniowania tła (CMB), utworzonej przez sondę WMAP („WMAP cold spot”). Do tej pory jej istnienie nie miało wyjaśnienia – fotony nadlatujące z tamtego obszaru nieba były chłodniejsze niż tego oczekiwano.

Ponieważ CMB jest pozostałością po Wielkim Wybuchu, a nieregularności promieniowania ukazują struktury, istniejące w czasie, gdy Wszechświat miał kilkaset tysięcy lat, nie było jasne, czy chłodna plama powstała wtedy, czy jest efektem przejścia fotonów przez jakieś struktury na drodze ku Ziemi.

Zespół astronomów z University of Minnesota, w ramach projektu NVSS wykorzystującego radioteleskop VLA, rozpoczął więc badanie, jakie radioźródła znajdują się na linii w kierunku chłodnej plamy. Radioźródła, takie jak radiogalaktyki i kwazary, pozwalają określić rozkład masy we Wszechświecie. Są dowodem istnienia galaktyk, gromad galaktyk i ciemnej materii, która zwykle znajduje się wokół skupisk widzialnej materii. Ku zdziwieniu naukowców, na całej gigantycznej przestrzeni nie znaleziono prawie żadnych radioźródeł. To oznacza, że panuje tam niemal całkowita pustka.

Do wyjaśnienia tego, w jaki sposób gigantyczny obszar pustki może „ochładzać” fotony, naukowcy wykorzystali zjawisko przyspieszania rozszerzania się Wszechświata. Uważają tym samym, że zaobserwowane ochłodzenie fotonów po przejściu przez pustkę jest dowodem na istnienie ciemnej energii, przeciwdziałającej grawitacji.

Przy braku oddziaływania ciemnej energii, kiedy foton przechodzi przez „grawitacyjną studnię” tworzoną np. przez supergromadę galaktyk, najpierw zyskuje energię podczas schodzenia w głąb studni, a następnie traci tę nadwyżkę energii, gdy się wydostaje. Na końcu ma więc taką samą energię, jak na początku.

Jednak jeśli ekspansja Wszechświata przyspiesza, to zanim foton zdąży uciec ze studni, siła grawitacji supergromady stanie się trochę mniejsza ze względu na działanie ciemnej energii. Zatem foton przy wydostawaniu się ze studni straci mniej energii niż zyskał podczas schodzenia w głąb. W takiej sytuacji foton będzie miał ostatecznie większą energię niż na początku. Natomiast fotony, który przechodzą przez obszar pustki, nie otrzymują takiej nadwyżki energii. Wydają się nam zatem chłodniejsze niż te, które przeleciały przez ciąg supergromad.

Przyspieszanie ekspansji Wszechświata zostało odkryte dopiero około 10 lat temu. Mimo że ciemna energia wydaje się być najobficiej występującym rodzajem energii, wciąż nie wiadomo praktycznie nic na temat jej fizycznych własności.

Praca astronomów ukaże się w Astrophysical Journal, jest również dostępna w Internecie (http://www.arxiv.org/abs/0704.0908).

Autor

Teresa Kubacka

Komentarze

  1. ©Rasz    

    W modelu “balonowym”… — Największa Struktura we Wszechświecie – w sposób ewidentny musi też być i najstarszą, jedno wynika z drugiego nieomal wprost.
    A że największe są właśnie obszary pustki – oznacza to, że mechanizm opisany w „Odwróconej Sygnaturze Tła” faktycznie MUSIAŁ zacząć działać ZANIM materia mogła zacząć się zbierać w „krople” – które później stały się zalążkami galaktycznych supergromad.

    Tu przypomnę znaną chyba większości czytelników ilustrację ewoluującego Wszechświata, ilustrację, którą nazwać można „balonową”:
    – w owym beletryzowanym przedstawieniu obserwowanej ekspansji – zaniedbuje się jeden z wymiarów przestrzennych – a to po to, aby zjawisko więcej-wymiarowe zmieścić w wymiarach jedynie trzech, bo tylko tyle człowiek „przyswaja”. Tak więc znana nam, 3-dim przestrzeń jest jedynie „naszkicowana” swymi dwoma wymiarami, tworzącymi „powłokę” nadymającego się balonu. Natomiast na owej sferze – (bo w „objętości” już nie) jest też pozaznaczana obecna we Wszechświecie materia. Gromadzi się ona w galaktykach etc. etc. – które są zamarkowane za pomocą kropek i plamek na tejże powierzchni namalowanych.
    – Zazwyczaj nie precyzuje się, czym jest promień tej hipersfery (piszę: hiper~ ponieważ w rzeczywistości jest to twór o ilości wymiarów większej niż trzy). Może ów promień być zarówno czasem, jak też i, dajmy na to: energią (czy też jedną z jej postaci, E. potencjalną, bądź kinetyczną). Natomiast „sama nasza 3D przestrzeń” – to jedynie powierzchnia tego „balonu”.

    . . . i teraz:
    – Wpierw w owej powłoce zaczęły tworzyć się, i b. szybko powiększać – coś jakby „białe dziury” – a dopiero potem zaznaczyła się tendencja do „wykraplania” materii w supergromady, i pomniejsze skupiska materii, jak Grupa Lokalna… Wpierw zniwelowana została łukowata gładkość, przechodząc w szkieletowaty twór, typu raczej wielościanu foremnego niż sfery – a dopiero potem, w punktach węzłowych owego szkieletu, zaczęły tworzyć się „krople” galaktyk…

    1. at    

      wymiary — Powierzchnia balonu ma wymiar m3 czyli jest to przestrzeń,
      zatem promień to czas, a raczej ct.
      Balon rośnie, czyli promień rośnie w czasie – ct rośnie.
      Czas w czasie się wydłuża? Raczej mało sensownie, zatem to c rośnie i tym samym: R = c(t)*t, a wcześnie wyszło, że t nie rośnie: t = const, zatem R = ct = const.

      Musi być inaczej: R = c(t’)t, t’ – inny czas.
      Teraz t’ zmienia się w czasie… no ale sam w sobie nie może, czyli t’ = t'(t), ale t = const, zatem: t’ = t'(t”)… he,he!

    2. at    

      foton nie zmienia energii w locie — Wykazano doświadczalnie, że redshift powstaje w źródle (GPS, Pound-Rebka, itp.), tz. atom w polu grawitacyjnym gwiazdy ma mniejszą energię i emituje kwanty o mniejszej częstotliwości, czyli dłuższe fale: E = hf.
      Wyżej mierzymy to f szybszym zegarem i otrzymamy: f’ < f, czyi foton nie zmienia się, lecz zegar.

      1. ©Rasz    

        piernik — Zanim zaczniesz pisać – przedtem przeczytaj temat w jakim się wypowiadasz. Artykuł NiE dotyczył w żadnym stopniu radialnego efektu grawitacyjnego, o którym piszesz – więc tylko mącisz w głowach nieuprzedzonym kibicom! Wszak mogą przeoczyć zupełny brak związku tego, o czym nie omieszkałeś nas poinformować – z treścią doniesienia…
        Co ma piernik do światłowodu? Co niby ma wiązać efekt Pounda-Rebki z wychłodzeniem promieniowania tła na znacznym obszarze? Więcej odpowiedzialności za to, co się WWWypisuje!

        1. at    

          stary i praktycznie już standardowy błąd — “Przy braku oddziaływania ciemnej energii, kiedy foton przechodzi przez „grawitacyjną studnię” tworzoną np. przez supergromadę galaktyk, najpierw zyskuje energię podczas schodzenia w głąb studni, a następnie traci tę nadwyżkę energii, gdy się wydostaje. Na końcu ma więc taką samą energię, jak na początku”.

          Standardowy błąd.
          Foton nie zmienia w ogóle energii podczas przemieszczania się w przestrzeni niezależnie od jej stanu (grawitacji lub krzywizny spacetime jak kto woli).

          dalej:

          “Jednak jeśli ekspansja Wszechświata przyspiesza, to zanim foton zdąży uciec ze studni, siła grawitacji supergromady stanie się trochę mniejsza ze względu na działanie ciemnej energii. Zatem foton przy wydostawaniu się ze studni straci mniej energii niż zyskał podczas schodzenia w głąb. W takiej sytuacji foton będzie miał ostatecznie większą energię niż na początku. Natomiast fotony, który przechodzą przez obszar pustki, nie otrzymują takiej nadwyżki energii. Wydają się nam zatem chłodniejsze niż te, które przeleciały przez ciąg supergromad”.

          Foton nie zmienia energii w studni potencjału, więc nie straci energii niezależnie od kształtu studni.
          E = const niezależnie od stanu przestrzeni.
          Zresztą to jest dość oczywiste z punktu widzenia zasady zachowania energii.
          Foton musi przekazać gdzieś energię, aby coś stracić; zmiana skali i jakakolwiek deformacja pola nie ma tu żadnego znaczenia.

        2. ©Rasz    

          Odszczekuję! — No cóż, faktycznie autorzy tekstu nawiązują pośrednio do tego, co również istotne jest w efekcie Ponda-Rebki, przepraszam!
          Na swe usprawiedliwienie powiem, iż wybiegałem nieco do przodu, a nawet i przed orkiestrę – osadzając zjawisko wychłodzenia w niezbyt standardowej choreografii, co zresztą wynikło z dość długich dociekań, jakie poświęcałem ostatnio pokrewnemu scenariuszowi…

          I w oparciu o to, co wyszperałem, a jeszcze bardziej o to – czego w literaturze najwyraźniej, a nawet i rażąco: brak – odnoszę nieodparte wrażenie, iż autorzy doniesienia faktycznie zaplątali się w zbyt uproszczonej interpretacji, bardzo blisko ocierając o intrygującą rzecz, którą, przy pewnym naświetleniu – można tu ujrzeć niemal jak na dłoni… Oczywiście trzeba by odrzucić pewien kawałek, z obowiązującego modelu standardowego, lecz niejako w nagrodę – pojawia się cała klasa ciekawych konsekwencji. Ale na razie za wcześnie aby je poważnie rozważać.

          Wróćmy do kwestii „wychłodzenia fotonów”. Zwrócę Ci uwagę at – że zmiana częstości zegarów – to inaczej pisząc: po prostu zmiana układu odniesienia (obserwatora). A jak ma wyglądać odpowiednia transformacja? Taka interpretacja aż się prosi o garść formalnych wzorów.
          Zaś co do samego opisu heurystycznego: moje dalsze na ten temat rozważania – raczej zmierzałyby w dokładnie przeciwnym kierunku, niż to, co proponujesz at !

          Jednak aby to przedstawić – potrzeba by znacznie więcej miejsca, niż to wypada na forum, tym bardziej, iż rzecz jest moOocno kontrowersyjna, a i powoływać bym się musiał na rzeczy jeszcze nie przedyskutowane należycie…

          Tym niemniej kol. at – zwracam honor!

        3. grotifarys    

          Apetyczne i kuszące niedomówienia. — Dla dobra tego forum, wskazane było by przejście na wyższy “poziom energetyczny” i dlatego, z pewna nieśmiałością pytam, czy byłbyś jednak łaskaw, podzielić się Twymi przemyśleniami odnośnie dyskutowanego przez Was, zjawiska wychłodzenia(?) fotonów, a po częściowym odrzuceniu kawałka (jakiego?) standardowej konfiguracji, w jakim kierunku zmierzałyby Twoje wnioski i przypuszczenia ?

        4. ©Rasz    

          Jeszcze… — Istnieje już wystarczająco dużo poszlak, aby zaryzykować (roboczą) tezę, iż rozszerzanie się Wszechświata – może być jedynie pewnego rodzaju złudzeniem (hm, optycznym? – chyba raczej: metodologicznym), i że w rzeczywistości on się kurczy, czyli że odległe galaktyki oddalają się jedynie pozornie…

          Są to stwierdzenia raczej nie-oczywiste, dlatego wymagają oparcia się na szerszym materiale… Tak więc na bardziej rzetelne, i szerokie omówienie źródeł tego „złudzenia” – trzeba jeszcze nieco poczekać. Jak tylko będą www sieci, to wrzucę tu jakieś linki i inne sznureczki…
          Jednak kol. at powołuje się na jakieś oczywiste konstatacje – więc nie wątpię, iż jest w stanie je nieco rozwinąć…

  2. Lolek    

    Brawo czekamy na nowe odkrycia nowych wielkich pustek, w kosmologicznych odległościach… — No piękna obserwacja miliard lat świetlnych średnicy pustki, pada czy może jest dobijany dogmat jednorodności kosmosu w wielkich skalach, no i jak tu wyjaśnić taki fakt, że w teorii BB tak wielkie pustki istniały w czasie gdy wszechświat miał rzekomo tylko 3-5 miliardów lat.

    1. grotifarys    

      Poniekąd masz rację. — Patrząc na to ostatnie odkrycie astronomów,- z punktu widzenia dotychczas pojmowanej zasady jednorodności Wszechświata – wielkość średnicy tej pustki stanowi jednak, 1/14 promienia aktualnie widzialnego Wszechświata, lecz wydaje sie, iż zasada ta w wielkoskalowej strukturze jest prawie spełniona. Ale jak widać, wszystko jeszcze przed nami a dynamika odkryć będzie jakościowo wykładnicza.

  3. at    

    fraktal?http://www.newscientist.com/blog/space/2007/08/colossal-void-may-spell-trouble-for.html
    “If the voids are full of dark matter, then the apparent fractal distribution of luminous matter becomes rather insignificant. But if the voids are truly empty, the fractal claim requires a closer look.”

    W tej wielkiej pustce pewnie będzie dark energy, bo odpycha, hehe!

    http://www.brainsturbator.com/site/comments/our_fractal_universe_a_sneak_peek_at_the_new_cosmology/
    Ciekawe jaki byłby wymiar tego fraktalka.

    Zbadajmy galaktykę a poznamy budowę atomu, albo odwrotnie;
    trzeba jeszcze opracować zasadę Heisenberga dla galaktyki…

Komentarze są zablokowane.