Αυτές οι εντυπωσιακές εικόνες μετρούν το φως που ταξίδεψε για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στη Γη, δείχνοντας πώς ήταν το σύμπαν μόλις 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Χάρη σε αυτές τις εικόνες, οι επιστήμονες έχουν αποκτήσει την πιο καθαρή έως τώρα ματιά στη Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB) – το υπολειμματικό φως από τη Μεγάλη Έκρηξη που γεμίζει ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν.
Αυτό που φαίνεται σαν φωτεινά σύννεφα είναι στην πραγματικότητα γιγάντιοι λόφοι και κοιλάδες αποστάσεων ετών φωτός, μέσα σε έναν «βραστό ωκεανό» υδρογόνου και ηλίου που πλημμύριζε το πρώιμο σύμπαν.
Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων έως δισεκατομμυρίων ετών, οι πιο πυκνές περιοχές συσπειρώθηκαν υπό την επίδραση της βαρύτητας και σχημάτισαν τη δομή του σύμπαντος που παρατηρούμε σήμερα.
«Βλέπουμε τα πρώτα βήματα προς τη δημιουργία των πρώτων άστρων και γαλαξιών».
Το σύμπαν στην πρώτη του μορφή
Μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν ήταν γεμάτο με ένα υπερθερμασμένο πλάσμα.
Όμως, περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν είχε επεκταθεί αρκετά, επιτρέποντας στην ακτινοβολία από τα καυτά αέρια να εξαπλωθεί στο διάστημα.
Αυτή η ακτινοβολία είναι ακόμα ορατή σήμερα ως ένα εξαιρετικά αμυδρό μεταλαμπάδι που γεμίζει κάθε μέρος του σύμπαντος – αυτό που οι επιστήμονες ονομάζουν Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB).
Για να καταγράψουν αυτή την εξαιρετικά ασθενή ακτινοβολία, οι επιστήμονες του ACT χρησιμοποίησαν ένα εξαιρετικά ευαίσθητο τηλεσκόπιο, καταγράφοντας μια εικόνα του διαστήματος με χρόνο έκθεσης πέντε ετών.
Το 2013, το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck είχε καταγράψει τις πρώτες υψηλής ανάλυσης εικόνες της CMB, αλλά αυτές που καταγράφηκαν από το ACT αποκαλύπτουν ακόμη περισσότερες λεπτομέρειες.
Ο καθηγητής Σίγκουρντ Νάις, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Όσλο και κύριος συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε:
«Το ACT έχει πέντε φορές υψηλότερη ανάλυση από το Planck και μεγαλύτερη ευαισθησία».
Αυτές οι εικόνες δεν δείχνουν απλώς τις φωτεινές και σκοτεινές περιοχές της CMB, αλλά επίσης καταγράφουν την πόλωση – δηλαδή την κατεύθυνση των ταλαντώσεων του φωτός στο πρώιμο σύμπαν.
Η πόλωση επιτρέπει στους ερευνητές να παρατηρήσουν τις κινήσεις των αερίων ηλίου και υδρογόνου.
Η καθηγήτρια Staggs πρόσθεσε: «Πριν, μπορούσαμε να δούμε μόνο πού ήταν τα πράγματα. Τώρα, μπορούμε να δούμε και πώς κινούνται».
«Όπως χρησιμοποιούμε τις παλίρροιες για να συμπεράνουμε την παρουσία της Σελήνης, έτσι και η κίνηση που ανιχνεύουμε μέσω της πόλωσης του φωτός μάς λέει πόσο ισχυρή ήταν η βαρύτητα σε διαφορετικά μέρη του διαστήματος».
Οι ανεπαίσθητες διακυμάνσεις στην πυκνότητα και την κίνηση καθορίζουν τη διαμόρφωση των πρώτων γαλαξιών και άστρων, καθώς τα νέφη αερίων κατέρρεαν υπό την επίδραση της βαρύτητας.
Η ηλικία και η μάζα του σύμπαντος
Μελετώντας αυτές τις εικόνες, οι επιστήμονες επιβεβαίωσαν ότι το παρατηρήσιμο σύμπαν εκτείνεται σχεδόν 50 δισεκατομμύρια έτη φωτός προς κάθε κατεύθυνση.
Επιπλέον, οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι το σύμπαν περιέχει συνολική μάζα ίση με 1.900 “ζέτα-ήλιους” (zetta-suns), όπου 1 ζέτα-ήλιος = 10²¹ ήλιοι – δηλαδή περίπου δύο τρισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας.
Από αυτούς τους 1.900 ζέτα-ήλιους:
- Μόνο 100 αντιστοιχούν στη συμβατική ύλη, την οποία μπορούμε να παρατηρήσουμε.
- 500 ζέτα-ήλιοι αποτελούνται από σκοτεινή ύλη, μια μυστηριώδης μορφή ύλης που αλληλεπιδρά μόνο μέσω της βαρύτητας.
- 1.300 ζέτα-ήλιοι αποδίδονται στη σκοτεινή ενέργεια, μια άγνωστη δύναμη που επιταχύνει την επέκταση του σύμπαντος.
Η συμβατική ύλη του σύμπαντος αποτελείται κατά 75% από υδρογόνο και κατά 25% από ήλιο.
Πόσο παλιό είναι το σύμπαν;
Οι νέες εικόνες βοήθησαν επίσης τους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν την ηλικία του σύμπαντος.
Οι πορτοκαλί περιοχές δείχνουν πιο έντονη ενέργεια, ενώ οι μπλε περιοχές λιγότερη, αποκαλύπτοντας τις διαφορές στην πυκνότητα του σύμπαντος. Η μεγεθυμένη περιοχή δείχνει ένα τμήμα του ουρανού 20 φορές το πλάτος της Σελήνης, όπως φαίνεται από τη Γη.
Στο πρώιμο σύμπαν, η ύλη κατέρρεε δημιουργώντας ηχητικά κύματα που απλώνονταν σαν κυματισμοί σε μια λίμνη.
Μετρώντας το μέγεθος αυτών των κυματισμών στην εικόνα της CMB, οι επιστήμονες υπολόγισαν πόσο μακριά έχει ταξιδέψει το φως και επομένως πότε συνέβη η Μεγάλη Έκρηξη.
Ο καθηγητής Μαρκ Ντέβλιν, αναπληρωτής διευθυντής του ACT, επιβεβαίωσε: «Οι νέες μετρήσεις δείχνουν ότι το σύμπαν είναι 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, με αβεβαιότητα μόλις 0,1%».
Τέλος, τα νέα δεδομένα υποστηρίζουν το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο, το οποίο περιγράφει τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος ως 67-68 km/s ανά Μεγαπαρσέκ, ενισχύοντας τη θεωρία ότι η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται λόγω της σκοτεινής ενέργειας.
