Bước tới nội dung

Điểm lạnh CMB

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Tập tin:Eridanus supervoid in celestial sphere.png
Vùng khoanh tròn là điểm lạnh. Các đường màu đen trên bản đồ CMB của Planck biểu thị từng chòm sao, điểm lạnh nằm trong chòm sao Eridanus. Vòng tròn màu xanh lam là đường xích đạo trên thiên cầu. Hình ảnh được tạo bằng Celestia.
Tập tin:ColdSpot.jpg
Vùng được khoanh tròn là điểm lạnh trên bản đồ WMAP.

Điểm lạnh CMB (Điểm lạnh WMAP) là một vùng bất thường trên bầu trời có nhiệt độ thấp hơn đáng kể so với khu vực xung quanh khi quan sát trong bức xạ phông vi sóng vũ trụ (CMB). Vùng này có kích thước góc rất lớn và là một trong những dị thường nổi tiếng nhất từng được phát hiện trên bản đồ CMB. Nhiệt độ của vùng này thấp hơn nhiệt độ trung bình của CMB khoảng 70 microkelvin (μK), trong khi biên độ dao động nhiệt độ thông thường của CMB chỉ vào khoảng 18 μK.[1][note 1] Tại một số điểm, "điểm lạnh" lạnh hơn 140 μK so với nhiệt độ CMB trung bình.[2]

Bán kính của "điểm lạnh" có góc chắn khoảng 5°; tâm của nó nằm ở tọa độ thiên hà lII = 207,8°, bII = −56,3° (toạ độ xích đạo: α = 03h 15m 05s, δ = −19° 35′ 02″). Do đó, nó nằm ở bầu trời bán cầu nam, theo hướng của chòm sao Eridanus.

Trong các mô hình vũ trụ học chuẩn, những dao động nhiệt độ mạnh nhất của CMB thường chỉ xuất hiện ở quy mô góc khoảng 1°. Vì vậy, sự tồn tại của một vùng lạnh rộng tới khoảng 5° như Điểm lạnh CMB được xem là điều khá bất thường, dựa trên các mô hình lý thuyết được chấp nhận rộng rãi. Có nhiều lời giải thích thay thế khác nhau, bao gồm cái gọi là siêu hư không Eridanus hoặc hư không lớn có thể tồn tại giữa chúng ta và CMB nguyên thủy (các hư không ở phía trước có thể gây ra các điểm lạnh trên CMB). Một khoảng trống như vậy sẽ ảnh hưởng đến CMB quan sát được thông qua hiệu ứng Sachs–Wolfe tích hợp và sẽ là một trong những cấu trúc lớn nhất trong vũ trụ quan sát được. Đây sẽ là một vùng cực kỳ lớn của vũ trụ, rộng khoảng 150 đến 300 Mpc hoặc 500 triệu đến một tỷ năm ánh sáng (theo kết quả tính toán công bố năm 2007) và cách xa 6 đến 10 tỷ năm ánh sáng,[3] ở dịch chuyển đỏ z≃1, chứa mật độ vật chất nhỏ hơn nhiều so với mật độ trung bình ở độ dịch chuyển đỏ đó.

Khám phá và ý nghĩa

Tập tin:Eridanus supervoid.jpg
Điểm lạnh CMB dưới quan sát của vệ tinh Planck

Trong năm đầu tiên (2004) ghi nhận dữ liệu Bức xạ phông vi sóng vũ trụ bởi Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), một phần vùng trời trong chòm sao Eridanus được phát hiện có nhiệt độ thấp hơn vùng xung quanh[4] (Về cơ bản, CMB cực kỳ đồng đều trên toàn bộ bầu trời với nhiệt độ trung bình khoảng 2,725 K, khoảng -270,425 °C). Những thăng giáng nhiệt độ (nơi nóng hơn hoặc lạnh hơn một chút) thường chỉ dao động trong khoảng 1 phần 100.000 độ K). Trong những năm tiếp theo, các kết quả phân tích dữ liệu từ WMAP tiếp tục khẳng định nhận định này; xác suất tìm thấy độ lệch nhiệt độ cao như vậy trong các mô phỏng Gaussian được tìm thấy là 1,85%.[5] Do đó, dù có vẻ không chắc chắn, nhưng không phải là không thể, rằng điểm lạnh được tạo ra bởi cơ chế tiêu chuẩn của các dao động lượng tử trong quá trình lạm phát vũ trụ, mà trong hầu hết các mô hình lạm phát đều tạo ra thống kê Gaussian. Điểm lạnh cũng có thể, như được đề xuất trong các tài liệu tham khảo ở trên, là tín hiệu của các dao động nguyên thủy phi Gaussian

Một số tác giả đặt câu hỏi về ý nghĩa thống kê của điểm lạnh này.[6]

Năm 2013, Điểm Lạnh CMB cũng được vệ tinh Planck quan sát thấy với độ quan trọng tương tự, loại bỏ khả năng do lỗi hệ thống của vệ tinh WMAP gây ra.[7]

Các giả thiết khác ngoài sự dao động nhiệt độ ban đầu

Vùng 'lạnh' lớn này là một phần của cái được gọi là 'trục ma quỷ' (được gọi như vậy vì người ta không ngờ tới việc nhìn thấy một cấu trúc như thế này).[8]

Siêu hư không

Tập tin:Mean void imprint.png
Dấu ấn ISW ​​trung bình mà 50 siêu lỗ trống có trên Nền vi sóng vũ trụ[9] thang màu từ -20 đến +20 μK

Một lời giải thích khả thi cho điểm lạnh là một khoảng trống khổng lồ giữa chúng ta và CMB nguyên thủy. Một vùng lạnh hơn các đường ngắm xung quanh có thể được quan sát nếu có một khoảng trống lớn, vì khoảng trống như vậy sẽ gây ra sự triệt tiêu tăng lên giữa hiệu ứng Sachs–Wolfe tích hợp "thời gian muộn" và hiệu ứng Sachs–Wolfe "thông thường".[10] Hiệu ứng này sẽ nhỏ hơn nhiều nếu năng lượng tối không kéo giãn khoảng trống khi các photon đi qua nó.[11]

Một số nhà khoa học khác đã tìm thấy sự sụt giảm trong số lượng thiên hà Khảo sát bầu trời NRAO VLA theo hướng của Điểm Lạnh, cho thấy sự hiện diện của một khoảng trống lớn.[12] Do đó, một số công trình bổ sung đã đặt ra nghi ngờ về lời giải thích "siêu khoảng trống". Mối tương quan giữa sự sụt giảm NVSS và Điểm Lạnh được phát hiện là không đáng kể khi sử dụng phân tích thống kê thận trọng hơn.[13] Ngoài ra, một cuộc khảo sát trực tiếp về các thiên hà trong Điểm Lạnh không tìm thấy bằng chứng về một siêu khoảng trống.[14] Tuy nhiên, lời giải thích về siêu khoảng trống vẫn chưa bị loại trừ hoàn toàn; nó vẫn rất hấp dẫn, vì siêu khoảng trống dường như có khả năng ảnh hưởng đến CMB một cách đáng kể.[9][15][16]

Một nghiên cứu năm 2015 cho thấy sự hiện diện của một siêu khoảng trống có đường kính 1,8 tỷ năm ánh sáng và nằm ở vị trí trung tâm cách thiên hà của chúng ta 3 tỷ năm ánh sáng theo hướng của Điểm Lạnh, có khả năng liên quan đến nó.[11] Điều này sẽ khiến nó trở thành khoảng trống lớn nhất được phát hiện và là một trong những cấu trúc lớn nhất được biết đến. Các phép đo sau này về hiệu ứng Sachs–Wolfe cũng cho thấy sự tồn tại có thể có của nó.[17][note 2][18]

Một giả thuyết cho rằng giữa Trái Đất và vùng phát xạ CMB tồn tại một “siêu khoảng trống” vật chất. Khi các photon CMB đi qua vùng này, chúng có thể mất năng lượng do hiệu ứng Sachs–Wolfe tích hợp, khiến khu vực đó xuất hiện lạnh hơn trên bản đồ CMB. Mặc dù các khoảng trống lớn đã được biết đến trong vũ trụ, nhưng một khoảng trống như vậy sẽ phải cực kỳ rộng lớn để giải thích được điểm lạnh, có lẽ lớn hơn 1.000 lần về thể tích so với các khoảng trống điển hình. Nó sẽ cách xa 6 tỷ đến 10 tỷ năm ánh sáng và rộng gần 1 tỷ năm ánh sáng, và có lẽ còn khó xảy ra hơn trong cấu trúc quy mô lớn so với điểm lạnh WMAP trong bức xạ nền vũ trụ sơ khai.

Một nghiên cứu năm 2017[19] đã báo cáo các cuộc khảo sát cho thấy không có bằng chứng nào chỉ rõ các khoảng trống liên quan trong tầm nhìn có thể gây ra Điểm lạnh CMB và kết luận rằng thay vào đó nó có thể có nguồn gốc nguyên thủy.

Một điều quan trọng để xác nhận hoặc loại trừ hiệu ứng Sachs–Wolfe tích hợp muộn là hồ sơ khối lượng của các thiên hà trong khu vực vì hiệu ứng ISW bị ảnh hưởng bởi sự thiên lệch thiên hà phụ thuộc vào hồ sơ khối lượng và loại thiên hà.[20][21]

Vào tháng 12 năm 2021, Khảo sát Năng lượng Tối (DES), khi phân tích dữ liệu của họ, đã đưa ra thêm bằng chứng về mối tương quan giữa siêu khoảng trống Eridanus và điểm lạnh CMB.[22][23]

Hiệu ứng tôpô

Một số nhà nghiên cứu cho rằng Điểm lạnh CMB có thể là dấu vết của kết cấu vũ trụ, một hiệu ứng tô pô tàn dư của quá trình chuyển pha trong Vũ trụ sơ khai.[24] Các giải thích khác dựa trên khuyết tật vũ trụ đã được đề xuất, chẳng hạn như sự tan chảy của vòng dây vũ trụ.[25]

Vũ trụ song song

Laura Mersini-Houghton, giáo sư Vật lý lý thuyết Vũ trụ học Mỹ gốc Albania đến từ Đại học North Carolina tại Chapel Hill đưa ra giả thiết cho rằng điểm lạnh có thể là dấu ấn của một vũ trụ khác ngoài vũ trụ của chúng ta, gây ra bởi sự vướng víu lượng tử giữa các vũ trụ trước khi chúng bị tách ra bởi sự giãn nở vũ trụ.[3] Các nhà nghiên cứu khác đã mô hình hóa điểm lạnh như là kết quả tiềm tàng của các vụ va chạm bong bóng vũ trụ, trước khi giãn nở.[19][26][27]

Một phân tích tính toán phức tạp (sử dụng độ phức tạp Kolmogorov ) đã đưa ra bằng chứng về điểm lạnh phía bắc và phía nam trong dữ liệu vệ tinh:[28] "...trong số các vùng có độ ngẫu nhiên cao là dị thường phi Gaussian phía nam, Điểm Lạnh, với sự phân tầng được dự đoán cho các khoảng trống. Sự tồn tại của phần đối lập của nó, một Điểm Lạnh phía Bắc với các đặc tính ngẫu nhiên gần như giống hệt nhau trong số các vùng nhiệt độ thấp khác được tiết lộ." Tuy nhiên, ngoài Điểm Lạnh phía Nam, các phương pháp thống kê khác nhau nói chung không xác nhận lẫn nhau về Điểm Lạnh phía Bắc.[29] Bản đồ 'K' được sử dụng để phát hiện Điểm Lạnh phía Bắc được ghi nhận có độ ngẫu nhiên gấp đôi so với mô hình chuẩn. Sự khác biệt được suy đoán là do tính ngẫu nhiên được tạo ra bởi các khoảng trống (các khoảng trống không được tính đến được suy đoán là lý do cho sự gia tăng tính ngẫu nhiên trên mô hình chuẩn).[30]

Độ nhạy cảm với phương pháp tìm kiếm

Điểm lạnh chủ yếu là bất thường vì nó nổi bật so với vòng nóng tương đối xung quanh nó; nó không phải là điều bất thường nếu chỉ xét đến kích thước và độ lạnh của chính điểm đó.[6] Về mặt kỹ thuật hơn, việc phát hiện và ý nghĩa của nó phụ thuộc vào việc sử dụng bộ lọc bù như sóng nhỏ mũ Mexico để tìm ra nó.

Xem thêm

Ghi chú

  1. ^ Sau khi đã loại bỏ sự bất đẳng hướng lưỡng cực, vốn là do hiệu ứng Doppler của bức xạ nền vi sóng gây ra bởi vận tốc riêng của chúng ta so với hệ quy chiếu nghỉ của vũ trụ, thì đặc điểm này phù hợp với việc Trái đất đang chuyển động với vận tốc khoảng 627 km/s về phía chòm sao Xử Nữ.
  2. ^ Szapudi và cộng sự cho rằng vùng trống mới được phát hiện là "cấu trúc lớn nhất từng được nhân loại xác định". Tuy nhiên, một nguồn khác lại cho rằng cấu trúc lớn nhất là siêu cụm tương ứng với vùng mật độ cao của vụ nổ tia gamma NQ2-NQ4 ở khoảng cách 10 tỷ năm ánh sáng.

Tham khảo

  1. ^ Wright, E.L. (2004). "Theoretical Overview of Cosmic Microwave Background Anisotropy". Trong W. L. Freedman (biên tập). Measuring and Modeling the Universe. Carnegie Observatories Astrophysics Series. Cambridge University Press. tr. 291. arXiv:astro-ph/0305591. Bibcode:2004mmu..symp..291W. ISBN 978-0-521-75576-4.
  2. ^ Woo, Marcus. "The largest thing in the universe". BBC. Bản gốc lưu trữ ngày 26 tháng 7 năm 2015. Truy cập ngày 14 tháng 8 năm 2015.
  3. ^ a b Chown, Marcus (2007). "The void: Imprint of another universe?". New Scientist. 196 (2631): 34–37. doi:10.1016/s0262-4079(07)62977-7. Bản gốc lưu trữ ngày 13 tháng 4 năm 2016.
  4. ^ Cruz, M.; Martinez-Gonzalez, E.; Vielva, P.; Cayon, L. (2005). "Detection of a non-Gaussian Spot in WMAP". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 356 (1): 29–40. arXiv:astro-ph/0405341. Bibcode:2005MNRAS.356...29C. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08419.x.
  5. ^ Cruz, M.; Cayon, L.; Martinez-Gonzalez, E.; Vielva, P.; Jin, J. (2007). "The non-Gaussian Cold Spot in the 3-year WMAP data". The Astrophysical Journal. 655 (1): 11–20. arXiv:astro-ph/0603859. Bibcode:2007ApJ...655...11C. doi:10.1086/509703. S2CID 121935762.
  6. ^ a b Zhang, Ray; Huterer, Dragan (2010). "Disks in the sky: A reassessment of the WMAP "cold spot"". Astroparticle Physics. 33 (2): 69. arXiv:0908.3988. Bibcode:2010APh....33...69Z. CiteSeerX 10.1.1.249.6944. doi:10.1016/j.astropartphys.2009.11.005. S2CID 5552896.
  7. ^ Ade, P. A. R.; và đồng nghiệp (Planck Collaboration) (2013). "Planck 2013 results. XXIII. Isotropy and statistics of the CMB". Astronomy & Astrophysics. 571: A23. arXiv:1303.5083. Bibcode:2014A&A...571A..23P. doi:10.1051/0004-6361/201321534. S2CID 13037411.
  8. ^ Land, Kate; Magueijo, João (2005). "The axis of evil". Physical Review D. 72 (10): 101302. arXiv:astro-ph/0502237. Bibcode:2005PhRvD..72j1302L. doi:10.1103/PhysRevD.72.101302.
  9. ^ a b Granett, Benjamin R.; Neyrinck, Mark C.; Szapudi, István (2008). "An Imprint of Super-Structures on the Microwave Background due to the Integrated Sachs–Wolfe Effect". The Astrophysical Journal. 683 (2): L99 – L102. arXiv:0805.3695. Bibcode:2008ApJ...683L..99G. doi:10.1086/591670. S2CID 15976818.
  10. ^ Kaiki Taro Inoue; Silk, Joseph (2006). "Local Voids as the Origin of Large-angle Cosmic Microwave Background Anomalies I". The Astrophysical Journal. 648 (1): 23–30. arXiv:astro-ph/0602478. Bibcode:2006ApJ...648...23I. doi:10.1086/505636. S2CID 119080005.
  11. ^ a b Szapudi, I.; và đồng nghiệp (2015). "Detection of a supervoid aligned with the cold spot of the cosmic microwave background". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 450 (1): 288–294. arXiv:1405.1566. Bibcode:2015MNRAS.450..288S. doi:10.1093/mnras/stv488.
  12. ^ Rudnick, Lawrence; Brown, Shea; Williams, Liliya R. (2007). "Extragalactic Radio Sources and the WMAP Cold Spot". The Astrophysical Journal. 671 (1): 40–44. arXiv:0704.0908. Bibcode:2007ApJ...671...40R. doi:10.1086/522222. S2CID 14316362.
  13. ^ Smith, Kendrick M.; Huterer, Dragan (2010). "No evidence for the cold spot in the NVSS radio survey". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 403 (2): 2. arXiv:0805.2751. Bibcode:2010MNRAS.403....2S. doi:10.1111/j.1365-2966.2009.15732.x. S2CID 16043676.
  14. ^ Granett, Benjamin R.; Szapudi, István; Neyrinck, Mark C. (2010). "Galaxy Counts on the CMB Cold Spot". The Astrophysical Journal. 714 (825): 825–833. arXiv:0911.2223. Bibcode:2010ApJ...714..825G. doi:10.1088/0004-637X/714/1/825. S2CID 118614796.
  15. ^ Cosmic imprints of supervoids and superclusters from dark energy 9/8/2008
  16. ^ Finelli, Fabio; Garcia-Bellido, Juan; Kovacs, Andras; Paci, Francesco; Szapudi, Istvan (2014). "A Supervoid Imprinting the Cold Spot in the Cosmic Microwave Background". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 455 (2): 1246. arXiv:1405.1555. Bibcode:2016MNRAS.455.1246F. doi:10.1093/mnras/stv2388.
  17. ^ "Mysterious 'Cold Spot': Fingerprint of Largest Structure in the Universe?". Discovery News. ngày 20 tháng 4 năm 2015. Bản gốc lưu trữ ngày 31 tháng 10 năm 2015. Truy cập ngày 28 tháng 5 năm 2015.
  18. ^ Seshadri, Nadatur; Crittenden, Robert (2016). "A detection of the integrated Sachs-Wolfe imprint of cosmic superstructures using a matched-filter approach". The Astrophysical Journal. 830 (2016): L19. arXiv:1608.08638. Bibcode:2016ApJ...830L..19N. doi:10.3847/2041-8205/830/1/L19. S2CID 55896975.
  19. ^ a b Mackenzie, Ruari; và đồng nghiệp (2017). "Evidence against a supervoid causing the CMB Cold Spot". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 470 (2): 2328–2338. arXiv:1704.03814. Bibcode:2017MNRAS.470.2328M. doi:10.1093/mnras/stx931. Another explanation could be that the Cold Spot is the remnant of a collision between our Universe and another 'bubble' universe during an early inflationary phase (Chang et al. 2009, Larjo & Levi 2010).
  20. ^ Rahman, Syed Faisal ur (2020). "The enduring enigma of the cosmic cold spot". Physics World. 33 (2): 36. Bibcode:2020PhyW...33b..36R. doi:10.1088/2058-7058/33/2/35. S2CID 216440967.
  21. ^ Dupe, F.X. (2011). "Measuring the integrated Sachs–Wolfe effect". Astronomy & Astrophysics. 534: A51. arXiv:1010.2192. Bibcode:2011A&A...534A..51D. doi:10.1051/0004-6361/201015893. S2CID 14737577.
  22. ^ Kovács, A; Jeffrey, N; Gatti, M; Chang, C; Whiteway, L; Hamaus, N; Lahav, O; Pollina, G; Bacon, D; Kacprzak, T; Mawdsley, B (ngày 17 tháng 12 năm 2021). "The DES view of the Eridanus supervoid and the CMB cold spot". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (bằng tiếng Anh). 510 (1): 216–229. arXiv:2112.07699. doi:10.1093/mnras/stab3309. ISSN 0035-8711.
  23. ^ "Our Universe is normal! Its biggest anomaly, the CMB cold spot, is now explained". Big Think (bằng tiếng Anh). tháng 2 năm 2022. Truy cập ngày 9 tháng 2 năm 2022.
  24. ^ Cruz, M.; N. Turok; P. Vielva; E. Martínez-González; M. Hobson (2007). "A Cosmic Microwave Background Feature Consistent with a Cosmic Texture". Science. 318 (5856): 1612–4. arXiv:0710.5737. Bibcode:2007Sci...318.1612C. CiteSeerX 10.1.1.246.8138. doi:10.1126/science.1148694. PMID 17962521. S2CID 12735226.
  25. ^ Ringeval, C.; D. Yamauchi; J. Yokoyama; F.R. Bouchet (2016). "Large scale CMB anomalies from thawing cosmic strings". JCAP. 02 (2016): 033. arXiv:1510.01916. doi:10.1088/1475-7516/2016/02/033.
  26. ^ Chang, Spencer; Kleban, Matthew; Levi, Thomas S. (2009). "Watching Worlds Collide: Effects on the CMB from Cosmological Bubble Collisions". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2009 (4): 025. arXiv:0810.5128. Bibcode:2009JCAP...04..025C. doi:10.1088/1475-7516/2009/04/025. S2CID 15683857.
  27. ^ Czech, Bartłomiej; Kleban, Matthew; Larjo, Klaus; Levi, Thomas S; Sigurdson, Kris (2010). "Polarizing bubble collisions". Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 2010 (12): 023. arXiv:1006.0832. Bibcode:2010JCAP...12..023C. doi:10.1088/1475-7516/2010/12/023. S2CID 250776263.
  28. ^ Gurzadyan, V. G.; và đồng nghiệp (2009). "Kolmogorov cosmic microwave background sky". Astronomy and Astrophysics. 497 (2): 343. arXiv:0811.2732. Bibcode:2009A&A...497..343G. doi:10.1051/0004-6361/200911625. S2CID 16262725.
  29. ^ Rossmanith, G.; Raeth, C.; Banday, A. J.; Morfill, G. (2009). "Non-Gaussian Signatures in the five-year WMAP data as identified with isotropic scaling indices". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 399 (4): 1921–1933. arXiv:0905.2854. Bibcode:2009MNRAS.399.1921R. doi:10.1111/j.1365-2966.2009.15421.x. S2CID 11586058.
  30. ^ Gurzadyan, V. G.; Kocharyan, A. A. (2008). "Kolmogorov stochasticity parameter measuring the randomness in Cosmic Microwave Background". Astronomy and Astrophysics. 492 (2): L33. arXiv:0810.3289. Bibcode:2008A&A...492L..33G. doi:10.1051/0004-6361:200811188.

Liên kết ngoài

Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện về [{{fullurle:Commons:Lỗi Lua trong Mô_đun:WikidataIB tại dòng 473: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).|uselang=vi}} Điểm lạnh CMB].

Lỗi Lua trong Mô_đun:Authority_control tại dòng 152: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).

Lấy từ “https://wikibeta.org/index.php?title=Điểm_lạnh_CMB&oldid=7941983”