Det mest detaljerede kort nogensinde er skabt af den kosmiske mikrobølgebakgrund - relikvien stråling fra Big Bang - blev frigivet i dag, der afslører eksistensen af funktioner, der udfordrer grundlaget for vores nuværende forståelse af universet.
Billedet er baseret på de første 15,5 måneder med data fra Planck og er missionens første himmelbillede af det ældste lys i vores univers, der er afskåret på himlen, da det bare var 380 000 år gammelt.
På det tidspunkt blev det unge univers fyldt med en varm tæt suppe af interagerende protoner, elektroner og fotoner ved ca. 2700 ºC. Da protoner og elektroner kom sammen for at danne brintatomer, blev lyset frigivet. Efterhånden som universet har udvidet sig, er dette lys i dag blevet strækket ud til bølgelængder i mikrobølgeovn, svarende til en temperatur på kun 2,7 grader over absolut nul.
Anisotropierne af den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) som observeret af Planck. CMB er et øjebliksbillede af det ældste lys i vores univers, afbildet på himlen, da universet bare var 380 000 år gammelt. Det viser små temperatursvingninger, der svarer til regioner med lidt forskellige densiteter, der repræsenterer frøene for al fremtidig struktur: dagens stjerner og galakser. Kredit: ESA og Planck-samarbejdet
Denne 'kosmiske mikrobølgebakgrund' - CMB - viser små temperatursvingninger, der svarer til regioner med lidt forskellige densiteter på meget tidlige tidspunkter, der repræsenterer frøene for al fremtidig struktur: dagens stjerner og galakser.
I henhold til standardmodellen for kosmologi opstod udsvingene umiddelbart efter Big Bang og blev strakt til kosmologisk store skalaer i løbet af en kort periode med accelereret ekspansion kendt som inflation.
Planck var designet til at kortlægge disse udsving over hele himlen med større opløsning og følsomhed end nogensinde før. Ved at analysere arten og fordelingen af frøene i Plancks CMB-billede, kan vi bestemme sammensætningen og udviklingen af universet fra dets fødsel til i dag.
Samlet set giver informationen, der er udvundet fra Plancks nye kort, en fremragende bekræftelse af standardmodellen for kosmologi med en hidtil uset nøjagtighed, idet det sætter en ny benchmark i vores manifest af universets indhold.
Men fordi nøjagtigheden af Plancks kort er så høj, gjorde det det også muligt at afsløre nogle særegne uforklarlige funktioner, der muligvis kan kræve, at ny fysik bliver forstået.
Sammenlignet med den bedst egnede observationer til standardmodellen for kosmologi, afslører Plancks kapaciteter med høj præcision, at udsvingene i den kosmiske mikrobølgebakgrund i store skalaer ikke er så stærke som forventet. Grafikken viser et kort afledt af forskellen mellem de to, som er repræsentativ for, hvordan afvigelserne kunne se ud.
”Den ekstraordinære kvalitet af Plancks portræt af spædbarnsuniverset giver os mulighed for at skrælle sine lag tilbage til selve fundamentet og afsløre, at vores blå kosmos er langt fra komplet. Sådanne opdagelser blev muliggjort af de unikke teknologier, der er udviklet til dette formål af europæisk industri, ”siger Jean-Jacques Dordain, ESAs generaldirektør.
”Siden frigørelsen af Plancks første himmelbillede i 2010 har vi omhyggeligt trukket ud og analyseret alle forgrundsemissioner, der ligger mellem os og Universets første lys, og afslører den kosmiske mikrobølgebakgrund i den største detalje endnu,” tilføjer George Efstathiou fra University of Cambridge, UK.
Et af de mest overraskende fund er, at udsvingene i CMB-temperaturerne i store vinkelskalaer ikke stemmer overens med dem, der er forudsagt af standardmodellen - deres signaler er ikke så stærke som forventet fra den mindre skala-struktur, der er afsløret af Planck.
En anden er en asymmetri i gennemsnitstemperaturerne på modsatte halvkugler af himlen. Dette er i modstrid med forudsigelsen fra standardmodellen om, at universet skal være stort set ens i enhver retning, vi ser.
Desuden strækker en kold plet sig over en himmelplaster, der er meget større end forventet.
Asymmetrien og det kolde sted var allerede antydet med Plancks forgænger, NASAs WMAP-mission, men blev i vid udstrækning ignoreret på grund af vedvarende tvivl om deres kosmiske oprindelse.
Asymmetri og kolde pletter
”Det faktum, at Planck har foretaget en så markant afsløring af disse anomalier, sletter enhver tvivl om deres virkelighed; det kan ikke længere siges, at de er genstande fra målingerne. De er virkelige, og vi er nødt til at lede efter en troværdig forklaring, ”siger Paolo Natoli fra University of Ferrara, Italien.
”Forestil dig at undersøge fundamentet i et hus og finde ud af, at dele af dem er svage. Du ved måske ikke, om svaghederne til sidst vælter huset, men du vil sandsynligvis begynde at lede efter måder at styrke det temmelig hurtigt på samme måde, ”tilføjer François Bouchet fra Institut d’Astrophysique de Paris.
En måde at forklare anomalierne på er at foreslå, at universet faktisk ikke er det samme i alle retninger i større skala, end vi kan observere. I dette scenarie kan lysstrålene fra CMB have taget en mere kompliceret rute gennem universet end tidligere forstået, hvilket resulterede i nogle af de usædvanlige mønstre, der er observeret i dag.
”Vores ultimative mål ville være at konstruere en ny model, der forudsiger anomalierne og forbinder dem sammen. Men dette er tidlige dage; indtil videre ved vi ikke, om dette er muligt, og hvilken type ny fysik der muligvis er behov for. Og det er spændende, ”siger professor Efstathiou.
Ny kosmisk opskrift
Ud over anomalierne tilpasses Planck-dataene imidlertid spektakulært godt med forventningerne til en temmelig enkel model af universet, hvilket giver forskere mulighed for at udtrække de mest raffinerede værdier endnu for dens ingredienser.
Plancks kosmiske mikrobølgeovnbaggrund med høj præcision har gjort det muligt for forskere at udtrække de mest raffinerede værdier endnu af universets ingredienser. Normalt stof, der udgør stjerner og galakser, bidrager kun 4,9% af universets masse- / energiinventar. Mørkt stof, som indirekte påvises af dens tyngdekraftpåvirkning på nærliggende stof, besætter 26,8%, mens mørk energi, en mystisk styrke, der antages at være ansvarlig for at fremskynde universets udvidelse, tegner sig for 68,3%.
Figuren 'før Planck' er baseret på WMAP's ni-årige dataforsendelse præsenteret af Hinshaw et al (2013).
Normalt stof, der udgør stjerner og galakser, bidrager kun med 4,9% af universets masse / energitæthed. Mørket stof, der hidtil kun er blevet indirekte opdaget af dens tyngdekraftpåvirkning, udgør 26,8%, næsten en femtedel mere end det foregående skøn.
Omvendt står mørk energi, en mystisk kraft, der antages at være ansvarlig for at fremskynde udvidelsen af universet, mindre end tidligere antaget.
Endelig satte Planck-dataene også en ny værdi for den hastighed, som universet ekspanderer i dag, kendt som Hubble-konstanten. Ved 67,15 kilometer pr. Sekund pr. Megaparsek er dette betydeligt mindre end den aktuelle standardværdi inden for astronomi. Dataene antyder, at universets alder er 13,82 milliarder år.
”Med de mest nøjagtige og detaljerede kort over mikrobølgehimmelen, der nogensinde er lavet, maler Planck et nyt billede af universet, der presser os til grænserne for at forstå de nuværende kosmologiske teorier,” siger Jan Tauber, ESAs Planck-projektforsker.
”Vi ser en næsten perfekt pasform til kosmologiens standardmodel, men med spændende egenskaber, der tvinger os til at overveje nogle af vores grundlæggende antagelser.
”Dette er begyndelsen på en ny rejse, og vi forventer, at vores fortsatte analyse af Planck-data vil hjælpe med at kaste lys over dette conundrum.”
Via ESA