Universumin vanhin valo on kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) valo. Tämä valo muodostui, kun maailmankaikkeuden alussa oleva tiheä aine lopulta jäähtyi tarpeeksi läpinäkyväksi. Se on matkustanut miljardeja vuosia saavuttaakseen meidät kirkkaan oranssista hehkusta viileisiin, näkymättömiin mikroaaltouuneihin. Luonnollisesti se on erinomainen lähde kosmoksen historian ja laajentumisen ymmärtämiseen.
CMB on yksi tavoista mitata kosmisen laajenemisnopeutta. Varhaisessa universumissa esiintyi pieniä tiheyden ja lämpötilan vaihteluita alkuräjähdyksen kuumassa tiheässä meressä. Kun universumi laajeni, myös vaihtelut laajenivat. Joten vaihteluiden asteikolla, jonka näemme kosmisen mikroaaltouunin taustalla tänään kertoo meille, kuinka maailmankaikkeus on kasvanut. Keskimäärin vaihtelut ovat halkaisijaltaan noin miljardi valovuotta, ja tämä antaa meille arvoksi nopeudelle (Hubble-parametri) 67,2-68,1 km/s/Mpc.
Atacama kosmologinen teleskooppi. Luotto: Jon Ward
CMB ei tietenkään ole ainoa tapa mitata Hubble-parametria. Vuonna an aikaisempi viesti, Puhuin siitä, kuinka voit käyttää muuttuvia tähtiä ja kaukaisia supernoveja luodaksesi kosmisen etäisyyden tikkaat, jotka kertovat laajenemisnopeuden. Ongelmana on, että tämä vaihtoehtoinen menetelmä antaa suuremman arvon Hubble-parametrille. Jos supernovamenetelmä on oikea, universumi on nuorempi ja laajentunut nopeammin kuin CMB-asteikko näyttää tukevan. Jo jonkin aikaa on toivottu, että uudet havainnot ja uudet kosmisen laajenemisen mittausmenetelmät ratkaisisivat tämän ongelman, mutta uusi tutkimus tuhoaa nämä toiveet. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin kosmista mikroaaltouunin taustaa käyttämällä Atacama Cosmology Telescope (ACT) -teleskooppia Pohjois-Chilessä.
Kuinka CMB syntyy viimeisestä sironnasta. Luotto: Yacine Ali-Haïmoud
CMB:n yksityiskohtaisimmat havainnot tehdään satelliiteilla, kuten Planck-satelliitilla. Avaruudessa oleminen antaa sinulle selkeän kuvan kosmisesta jäännöslämmöstä, jolloin voit mitata lämpötilan vaihteluita. Atacama Cosmology Telescope on maalla, mutta se on korkealla Andeilla, missä ilma on erittäin ohutta ja kuivaa, joten se saa kohtuullisen hyvän kuvan CMB:stä. Mutta se on myös erityisesti suunniteltu tarkastelemaan kosmisen valon polarisaatiota.
Varhainen universumi oli täynnä valoa, mutta koska se oli niin kuuma ja ionisoitunut, fotonit eivät voineet matkustaa kauas ennen kuin ne siroittivat protonin tai elektronin. Mutta noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen aine varhaisessa universumissa jäähtyi tarpeeksi muuttuakseen neutraaliksi vedyksi ja heliumiksi, joka on suurelta osin valoa läpäisevä. Näkemämme CMB-valo teki viimeisen sironnan, ennen kuin asiat selkistyivät tarpeeksi, jotta se tavoitti meidät. Kun valo hajoaa jostain, se on suunnattu tai polarisoitunut suhteessa tuohon sirontaan. Siten kaikki CMB-valo on polarisoitunut ja sen suunta kertoo meille varhaisesta universumista.
Ryhmä käytti tätä polarisaatiota määrittääkseen kosmoksen iän ja laajenemisnopeuden. Aivan kuten tasaisen lämpötilan alueiden koko CMB:ssä kertoo meille kosmisen laajenemisnopeuden, samoin on tasaisten polarisaatioalueiden koko. Ryhmä mittasi polarisaatioasteikon tarkemmin kuin koskaan ennen ja määritti Hubble-parametrin olevan välillä 66,4-69,4 km/s/Mpc. Tämä antaa maailmankaikkeuden iäksi 13,77 miljardia vuotta, mikä on yhdenmukainen Planckin CMB-mittausten kanssa.
Joten nyt meillä on kaksi riippumatonta tarkkuusmittausta kosmisesta laajenemisesta CMB:ltä, ja he ovat samaa mieltä. Mutta muut supernovaa käyttävät mittaukset ovat eri mieltä, joten tässä on selvästi jotain, jota emme ymmärrä. Tässä vaiheessa on selvää, että jokin kosmologisen mallimme näkökohta on tarkistettava.
Viite:Choi, Steve K., et ai. 'Atacama Cosmology Telescope: kosmisten mikroaaltojen taustatehospektrien mittaus taajuuksilla 98 ja 150 GHz.' Journal of Cosmology and Astroparticle Physics12.12.2020 (2020): 045.