Chto izmeril WMAP.
V seredine fevralya 2003-go goda byli opublikovany obrabotannye rezul'taty, poluchennye v rezul'tate raboty sputnika WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Eti raboty byli prokommentirovany (na russkom yazyke tut i tut), teper' zhe popytaemsya razobrat'sya v tom, kakie kosmologicheskie parametry mozhno opredelit', ispol'zuya dannye WMAP'a, i chto oni oznachayut. Na samom dele, pri opredelenii kosmologicheskih parametrov ispol'zuyut ne tol'ko dannye WMAP'a, no takzhe dannye drugih eksperimentov -- kak po reliktovomu izlucheniyu (vernee, po ego anizotropii), tak i inyh -- po sverhnovym, krupnomasshtabnoi strukture, ...
Na samom dele kosmologicheskie parametry privodyatsya dlya konkretnoi vzyatoi kosmologicheskoi modeli. Prosteishei model'yu, rassmotrennoi pri analize dannyh WMAP'a, byla ploskaya Vselennaya, zapolnennaya izlucheniem, barionami, holodnoi temnoi materiei i v kotoroi prisutstvuet kosmologicheskaya postoyannaya. Takaya model' prekrasno opisyvaetsya shest'yu kosmologicheskimi parametrami: postoyannoi Habbla h (v velichinah 100 km/s/Mpk, to est', esli H= 70 km/s/Mpk, to h=0.7), plotnost'yu materii i barionov , opticheskoi tolshei do sfery poslednego rasseyaniya , skalyarnym spektral'nym indeksom i normirovochnym mnozhitelem dlya perehoda ot velichin, v kotoryh rabotaet programma CMBFAST, s pomosh'yu kotoroi stroilis' rasschetnye krivye k nablyudaemym. Metod opredeleniya kosmologicheskih parametrov takov: imeya nablyudaemuyu kartinu, stroim s pomosh'yu CMBFAST razlichnye krivye i smotrim, pri kakih znacheniyah parametrov nablyudaetsya nailuchshee soglasie teorii i eksperimenta. Dlya opisannoi vyshe modeli eti parametry takovy:
Parametr | Oboznachenie |
Velichina |
plotnost' barionov |
||
plotnost' materii |
||
postoyannaya Habbla |
h |
|
opticheskaya tolsha |
||
spektral'nyi indeks |
||
normirov. mnozhitel' |
A |
Nizhe priveden rasshirennyi nabor kosmologicheskih parametrov, kotoryi poluchaetsya iz predydushego posle nekotoryh vychislenii.
Parametr |
Velichina |
amplituda fluktuacii plotnosti |
|
amplituda fluktuacii skorostei | |
plotnost' barionov /
krit. plotnost' |
|
plotnost' materii / krit. plotnost' | |
vozrast Vselennoi |
mlrd. let |
krasnoi smeshenie na moment rekombinacii | |
vozrast Vselennoi na moment rekombinacii | tys. let |
otnoshenie chisla fotonov k chislu barionov |
Nizhe priveden grafik s dannymi WMAP'a i rasschitannym spektrom anizotropii RI, nailuchshim obrazom soglasuyushimsya s nablyudeniyami.
Prokommentiruem nekotorye iz etih parametrov.
Postoyannaya Habbla
Pozhalui, samyi izvestnyi kosmologicheskii parametr, opredelyayushii
skorost' rasshireniya Vselennoi v nashi dni. Velichina, poluchennaya WMAP'om (),
nahoditsya v horoshem soglasii s dannymi drugih eksperimentov po opredeleniyu postoyannoi Habbla (v
osnovnom, Hubble Key Project).
Amplitudy fluktuacii
Velichiny ,
() opisyvayut sootvetstvenno amplitudy fluktuacii plotnosti i
skorostei galaktik (ih skoplenii) v radiuse 8 Mpk ot nas. Izmereniya effektov slabogo linzirovaniya i
pekulyarnyh skorostei okazyvayutsya chustvitel'ny k velichine , a
"obil'nost'" skoplenii galaktik na malyh z -- k ochen' blizkoi velchine
.
Sama velchina opredelyaetsya sleduyushim obrazom:
,
gde - fluktuacii massy, a - fluktuacii plotnosti. Dalee, opredelyaya velichinu
,
mozhno opredelit' fluktuaciyu skorostei
.
Kstati govorya, s ee pomosh'yu mozhno opredelit' iz dannyh po krupnomasshtabnoi strukture Vselennoi -- dannye pokazyvayut, chto mozhno schitat', chto , gde (pri etom predpolagaetsya, chto ). No pri etom vazhno ponimat', chto eto tol'ko podgonka pod takuyu stepennuyu zavisimost', a ne kakoe-to fundamental'noe svoistvo prirody.
Obilie barionov
Velichina, ochen' zhestko opredelyaemaya iz pervichnogo nukleosinteza.
Krome togo, ochen' sil'no vliyaet na vysotu pervogo pika v uglovom spektre anizotropii reliktovogo
izlucheniya. Tak chto eta velichina, opredelyaemaya dovol'no tochno. Ee zhe mozhno poluchit' iz analiza
-lesa, a takzhe iz nablyudenii dalekih kvazarov i galaktik (po ih spektram).
Vozrast Vselennoi
Interesnaya vesh' -- vozrast Vselennoi vse umen'shaetsya i umen'shaetsya, kak
eto ne paradoksal'no ! Deistvitel'no, srazu posle otkrytiya uskorennogo rasshireniya Vselennoi iz
analiza dannyh po sverhnovym tipa Ia tol'ko po nim ocenki vozrasta byli
mlrd. let;
posle nedavnego eksperimenta ARCHEOPS po dannym kak ARCHEOPS'a, tak i drugih eksperimentov po RI,
sverhnovym, krupnomasshtabnoi strukture, linzirovaniyu, ... on sostavlyal uzhe ~13.7 mlrd. let; seichas
zhe, po dannym WMAP'a on sostavlyaet mlrd. let. Pri etom interesny drugie
ocenki vozrasta
Vselennoi, sdelannye po vozrastam razlichnyh ob'ektov (oni dayut minimal'no vozmozhnyi vozrast Vselennoi,
ved' ne mogut zhe zvezdy byt' starshe Vselennoi !). Tak vot, po vozrastam belyh karlikov vozrast
Vselennoi ne dolzhen byt' men'she mlrd. let, po vozrastam sharovyh zvezdnyh skoplenii (ShZS)
-- ne menee 11 - 16 mlrd. let, po raspadu radioaktivnyh veshestv -- ne menee 9.5 - 20 mlrd. let. No
dva poslednih metoda zhutko netochnye, tak chto na to, chto po ih dannym Vselennaya dolzhna byt' starshe,
mozhno ne obrashat' vnimaniya.
Spektral'nyi indeks
Velichina, harakterizuyushaya spektr vozmushenii. Inflyacionnaya teoriya
predskazyvaet ploskii spektr -- tak nazyvaemyi spektr Harrisona-Zel'dovicha
(na samom dele ne tochno 1, no mozhno tak schitat'). Tak chto otlichie ee ot 1 esli ne stavit pod udar
inflyacionnuyu teoriyu, to po krainei mere trebuet ob'yasnit' sei fenomen. Chut' nizhe my eshe vernemsya
k etomu.
Esli zhe my primem vo vnimanie ne tol'ko dannye WMAP'a, no i drugie kosmologicheskie testy, to poluchim
sleduyushuyu kartinu:
tol'ko WMAP |
WMAP+CBI+ACBAR |
to zhe +2dFGRS |
to zhe +-les |
|
h |
||||
Vidno, chto drugie eksperimenty "korrektiruyut" znacheniya kosmologicheskih parametrov, poluchaemyh iz
dannyh WMAP'a. Pri etom iz poslednego stolbika vidno, chto pri dobavlenii dannyh po
-lesu u nas ser'ezno menyaetsya indeks spektra skalyarnyh vozmushenii. Eto bylo
odnim iz otkrytii WMAP'a, poka ego ne "zakryli". Delo v tom, chto dannye po -lesu
kraine netochny, i kombinirovanie ih s dovol'no tochnymi dannymi eksperimentov po RI, v pervuyu ochered',
samogo WMAP'a, ne privedet ni k chemu horoshemu. Imenno etim -- krainei netochnost'yu dannyh po
-lesu i vyzvano eto "otkrytie".
Vtorym otkrytiem WMAP'a (na etot raz uzhe nastoyashem) stalo to, chto opticheskaya tolsha do sfery
poslednego rasseyaniya ne ravna 0! Eto oznachaet, chto v nashei Vselennoi byla vtorichnaya ionizaciya
(pervichnaya -- eto ta, kotoraya byla do rekombinacii). V poslednee vremya poyavilos' nemalo rabot,
posvyashennyh etoi teme, i podavlyayushee bol'shinstvo avtorov shodyatsya na tom, chto vtorichnaya ionizaciya
obuslovlena zvezdami III pokoleniya. Eto pervye zvezdy vo Vselennoi, obrazovyvavshiesya na z ~ 20
(dlya primera -- galaktiki nachali obrazovyvat'sya na z ~ 6, imenno poetomu my i ne vidim bolee dalekih
ob'ektov), kogda eshe nikakih galaktik ne bylo i v pomine. Tak chto dannye o tom, chto opticheskaya tolsha
do sfery poslednego rasseyaniya ne ravna 0 mozhno schitat' svidetel'stvom sushestvovaniya zvezd III
pokoleniya.
Vot takie rezul'taty prines nam WMAP -- bolee tochnye kosmologicheskie parametry, odno nesostoyavsheesya i odno vpolne sostoyavsheesya otkrytiya.
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - kosmologicheskaya postoyannaya - WMAP
Publikacii so slovami: Kosmologiya - kosmologicheskaya postoyannaya - WMAP | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |