South Pole Telescope pomaga lepiej zrozumieć ewolucję Wszechświata

Naukowcy przeanalizowali dwa lata obserwacji mikrofalowego promieniowania tła, wykonywanych przy pomocy South Pole Telescope na biegunie południowym. Nowe wyniki mają duże znaczenie dla modeli opisujących ewolucję Wszechświata – poinformował amerykański University of Chicago.

South Pole Telescope

.Na biegunie południowym znajduje się radioteleskop pracujący w zakresie mikrofalowym oraz fal milimetrowych i submilimetrowych. Ma średnicę 10 metrów. Pierwsze obserwacje wykonał w 2007 roku. Należy do konsorcjum kilkunastu amerykańskich instytucji. Znajduje się na terenie stacji polarnej Amundsena-Scotta. Biegun południowy to świetne miejsce do prowadzenia obserwacji kosmosu na falach milimetrowych, gdyż warunki atmosferyczne są tam stabilne i jest sucho (bardzo niska wilgotność powietrza).

Jednym z głównych celów obserwacji przy pomocy tego instrumentu są badania mikrofalowego promieniowania tła. Mikrofalowe promieniowanie tła, zwane też promieniowanie reliktowym, ma maksimum gęstości energii na falach o długości 1,1 mm. Stanowi pozostałość po wczesnych etapach ewolucji Wszechświata. Widoczne jest na całym niebie. Zostało odkryte przez przypadek w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku, natomiast teoretycznie możliwość jego istnienia rozważano wcześniej. Stanowi jeden z dowodów na teorię Wielkiego Wybuchu.

Naukowcy opublikowali wyniki dwóch lat obserwacji mikrofalowego promieniowania tła, przeprowadzonych przy pomocy South Pole Telescope, wyposażonego w najnowszą kamerę SPT-3G. Analizowane dane obejmują lata 2019 i 2020, stanowiące dwa pierwsze lata pełnych obserwacji w tej konfiguracji sprzętowej. Pokrywają około jedną dwudziestą piątą (1/25) część nieba w dokładności lepszej niż jakikolwiek inny instrument tego rodzaju.

Powstanie i ewolucja Wszechświata

.Dane posłużą do nałożenia lepszych ograniczeń na modele wyjaśniające powstawanie Wszechświata i jego ewolucję. Najpowszechniejszym obecnie stosowanym modelem kosmologicznym Wszechświata jest Lambda-CDM. Jego nazwa odnosi się do stałej kosmologicznej (lambda w nazwie), utożsamianej z ciemną energią, oraz zimnej ciemnej materii (ang. Cold Dark Matter), jako głównych, dominujących składników Wszechświata.

W ostatnich latach pojawiają się wskazówki, że model ten może być niewystarczający. M.in. trwa debata naukowców nad tempem rozszerzania się Wszechświata (problem zwany w języku angielskim „Hubble tension”, czyli rozbieżność Hubble’a).

Wyniki z South Pole Telescope dają niezależne potwierdzenie istnienia rozbieżności Hubble’a z dużą pewnością statystyczną. Pozostają przy tym w zgodności z danymi z satelity Planck oraz Atacama Cosmology Telescope w Chile. Pokazują też istnienie innej anomalii w naszym zrozumieniu kosmologicznym Wszechświata, czyli różnic pomiędzy ograniczeniami wynikającymi z mikrofalowego promieniowania tła a tym, co wynika z wielkoskalowych przeglądów ruchów galaktyk (np. niedawne wyniki z Dark Energy Spectroscopic Instument).

Dzięki odstępności danych z South Pole Telescope, naukowcy będą mogli lepiej przetestować różne hipotezy. Autorzy wyników sądzą, że razem z danymi z Atacama Cosmology Telescope ustanowią nowy standard dla badań kosmologicznych na tym polu, zastępując dotychczasowy bazujący na pomiarach sprzed ponad 10 lat z satelity Planck.

„To dopiero początek. Obraz będzie jeszcze bardziej interesujący” – zapowiada Tom Crawford z University of Chicago, zastępca dyrektora South Pole Telescope.

Pierwszym autorem publikacji jest Etienne Camphuis z Paryskiego Instytutu Astrofizyki na Uniwersytecie Paryskim.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy” – cały artykuł [LINK]

PAP/eg