stringtranslate.com

Холодное пятно реликтового излучения

Обведенная область — холодное пятно. Черные линии на карте CMB Planck обозначают каждое созвездие, холодное пятно находится в созвездии Эридана. Синий круг — экваториальная линия на небесной сфере. Изображение создано с помощью Celestia .
Обведенная область — это холодное пятно в WMAP.

Холодное пятно CMB или холодное пятно WMAP — это область неба, видимая в микроволнах , которая оказалась необычно большой и холодной по сравнению с ожидаемыми свойствами космического микроволнового фонового излучения (CMBR). «Холодное пятно» примерно на 70 мкК (0,00007  К ) холоднее средней температуры CMB (примерно 2,7 К), тогда как среднеквадратичное значение типичных температурных вариаций составляет всего 18 мкК. [1] [примечание 1] В некоторых точках «холодное пятно» на 140 мкК холоднее средней температуры CMB. [2]

Радиус «холодного пятна» составляет около 5°; его центр находится в галактической координате l II = 207,8° , b II = −56,3° ( экваториальная : α = 03 ч 15 м 05 с , δ = −19° 35′ 02″). Следовательно, оно находится в Южном небесном полушарии , в направлении созвездия Эридана .

Обычно самые большие флуктуации температуры первичного РКМ происходят на угловых масштабах около 1°. Таким образом, холодная область такого размера, как «холодное пятно», кажется очень маловероятной, учитывая общепринятые теоретические модели. Существуют различные альтернативные объяснения, включая так называемую Эриданскую сверхпустоту или Великую пустоту , которая может существовать между нами и первичным РКМ (пустоты переднего плана могут вызывать холодные пятна на фоне РКМ). Такая пустота будет влиять на наблюдаемый РКМ через интегрированный эффект Сакса-Вольфа и будет одной из крупнейших структур в наблюдаемой Вселенной . Это будет чрезвычайно большая область Вселенной, примерно от 150 до 300 Мпк или от 500 миллионов до одного миллиарда световых лет в поперечнике и от 6 до 10 миллиардов световых лет от нас, [3] при красном смещении , содержащая плотность материи, намного меньшую, чем средняя плотность при этом красном смещении. [ необходима цитата ]

Открытие и значение

Холодное пятно CMB также наблюдалось спутником Planck с аналогичной значимостью. Изображение создано с помощью программы Celestia.

В первый год регистрации данных зондом Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) было обнаружено, что область неба в созвездии Эридан холоднее окружающей области. [4] Впоследствии, используя данные, собранные WMAP за 3 года, была оценена статистическая значимость такой большой холодной области. Вероятность обнаружения отклонения, по крайней мере, столь же высокого в гауссовых симуляциях, составила 1,85%. [5] Таким образом, кажется маловероятным, но не невозможным, что холодное пятно было создано стандартным механизмом квантовых флуктуаций во время космологической инфляции , который в большинстве инфляционных моделей приводит к гауссовой статистике. Холодное пятно также может, как предполагается в ссылках выше, быть сигналом негауссовых первичных флуктуаций.

Некоторые авторы поставили под сомнение статистическую значимость этой холодной точки. [6]

В 2013 году холодное пятно микроволнового фона также наблюдалось спутником Planck [ 7] с аналогичной значимостью, что исключает возможность его возникновения из-за систематической ошибки спутника WMAP.

Возможные причины, не связанные с первичными колебаниями температуры

Большое «холодное пятно» является частью того, что называется « осью зла » (так названо, потому что увидеть такую ​​структуру было неожиданно). [8]

Суперпустота

Средний отпечаток ISW , который имеют 50 суперпустот на космическом микроволновом фоне : [9] [ необходимо разъяснение ] цветовая шкала от -20 до +20 мкК.

Одним из возможных объяснений холодного пятна является огромная пустота между нами и первичным реликтовым излучением . Область, более холодная, чем окружающие линии обзора, может наблюдаться, если присутствует большая пустота, поскольку такая пустота может вызвать повышенное погашение между "поздним" интегрированным эффектом Сакса-Вольфа и "обычным" эффектом Сакса-Вольфа. [10] Этот эффект был бы намного меньше, если бы темная энергия не растягивала пустоту, когда фотоны проходили через нее. [11]

Рудник и др . [12] обнаружили провал в подсчетах числа галактик NVSS в направлении Холодного пятна, что предполагает наличие большой пустоты. С тех пор некоторые дополнительные работы поставили под сомнение объяснение «суперпустоты». Корреляция между провалом NVSS и Холодным пятном оказалась незначительной с использованием более консервативного статистического анализа. [13] Кроме того, прямое обследование галактик в нескольких полях размером в один градус в пределах Холодного пятна не нашло никаких доказательств наличия суперпустоты. [14] Однако объяснение с помощью суперпустоты не было полностью исключено; оно остается интригующим, поскольку суперпустоты, по-видимому, способны оказывать измеримое влияние на реликтовое излучение. [9] [15] [16]

Исследование 2015 года показывает наличие суперпустоты диаметром 1,8 миллиарда световых лет с центром в 3 миллиардах световых лет от нашей галактики в направлении Холодного пятна, вероятно, связанного с ним. [11] Это сделало бы ее крупнейшей обнаруженной пустотой и одной из крупнейших известных структур. [17] [примечание 2] Более поздние измерения эффекта Сакса-Вольфа также показывают ее вероятное существование. [18]

Хотя во Вселенной известны крупные пустоты, пустота должна быть исключительно огромной, чтобы объяснить холодное пятно, возможно, в 1000 раз больше по объему, чем ожидаемые типичные пустоты. Она будет находиться на расстоянии 6–10 миллиардов световых лет и иметь ширину около миллиарда световых лет, и, возможно, ее возникновение в крупномасштабной структуре будет еще более невероятным, чем появление холодного пятна WMAP в первичном реликтовом излучении.

В исследовании 2017 года [19] сообщалось о результатах обследований, не выявивших никаких доказательств того, что связанные с ними пустоты на линии прямой видимости могли стать причиной появления холодного пятна реликтового излучения, и был сделан вывод о том, что оно может иметь изначальное происхождение.

Одним из важных факторов, позволяющих подтвердить или исключить эффект Сакса-Вольфа, интегрированный в поздние времена, является профиль массы галактик в этой области, поскольку на эффект ISW влияет смещение галактик, которое зависит от профилей массы и типов галактик. [20] [21]

В декабре 2021 года Dark Energy Survey (DES), проанализировав свои данные, выдвинуло больше доказательств корреляции между сверхпустотой Эридана и холодным пятном реликтового излучения. [22] [23]

Космическая текстура

В конце 2007 года ( Круз и др. ) [24] утверждали, что Холодное пятно может быть следствием космической текстуры , остатка фазового перехода в ранней Вселенной.

Параллельная вселенная

Спорное утверждение Лоры Мерсини-Хоутон заключается в том, что это может быть отпечаток другой вселенной за пределами нашей собственной, вызванный квантовой запутанностью между вселенными до того, как они были разделены космической инфляцией . [3] Лора Мерсини-Хоутон сказала: «Стандартная космология не может объяснить такую ​​гигантскую космическую дыру» и выдвинула гипотезу, что холодное пятно WMAP является «... несомненным отпечатком другой вселенной за пределами нашей собственной». Если это правда, это дает первое эмпирическое доказательство параллельной вселенной (хотя теоретические модели параллельных вселенных существовали и ранее). Это также подтверждает теорию струн . [ требуется ссылка ] Команда утверждает, что существуют проверяемые следствия для ее теории. Если теория параллельной вселенной верна, то в противоположном полушарии Небесной сферы будет аналогичная пустота [25] [26] (которую New Scientist сообщил как находящуюся в Южном небесном полушарии; результаты исследования массива Нью-Мексико сообщили, что она находится в Северном). [3]

Другие исследователи смоделировали холодное пятно как потенциальный результат столкновений космологических пузырей, опять же до инфляции. [27] [28] [19]

Сложный вычислительный анализ (с использованием сложности Колмогорова ) выявил доказательства наличия северного и южного холодного пятна в спутниковых данных: [29] «...среди областей с высокой случайностью находится южная негауссова аномалия, Холодное пятно, с ожидаемой для пустот стратификацией. Выявлено существование ее аналога, Северного холодного пятна с почти идентичными свойствами случайности среди других областей с низкой температурой».

Эти и другие прогнозы были сделаны до измерений (см. Лора Мерсини ). [ требуется ссылка ] Однако, за исключением Южного холодного пятна, различные статистические методы в целом не подтверждают друг друга относительно Северного холодного пятна. [30] Было отмечено, что «K-карта», использованная для обнаружения Северного холодного пятна, имеет в два раза большую меру случайности, чем измеренная в стандартной модели. Предполагается, что эта разница вызвана случайностью, вносимой пустотами (предполагалось, что неучтенные пустоты являются причиной повышенной случайности по сравнению со стандартной моделью). [31]

Чувствительность к методу нахождения

Холодное пятно в основном аномально, потому что оно выделяется по сравнению с относительно горячим кольцом вокруг него; это не является чем-то необычным, если учитывать только размер и холодность самого пятна. [6] С технической точки зрения, его обнаружение и значимость зависят от использования компенсированного фильтра, такого как вейвлет в виде мексиканской шляпы, для его обнаружения. [ необходима ссылка ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ После вычитания дипольной анизотропии, которая возникает из-за доплеровского сдвига микроволнового фонового излучения из-за нашей пекулярной скорости относительно сопутствующей космической системы отсчета, эта особенность согласуется с движением Земли со скоростью около 627 км/с по направлению к созвездию Девы .
  2. ^ В заявлении Шапуди и др. говорится, что недавно обнаруженная пустота является «крупнейшей структурой, когда-либо идентифицированной человечеством». Однако другой источник сообщает, что крупнейшей структурой является сверхскопление, соответствующее сверхплотности гамма-всплесков NQ2-NQ4 на расстоянии 10 миллиардов световых лет.

Ссылки

  1. ^ Райт, Э. Л. (2004). "Теоретический обзор анизотропии космического микроволнового фона". В WL Freedman (ред.). Измерение и моделирование Вселенной . Серия астрофизики обсерваторий Карнеги. Издательство Кембриджского университета . стр. 291. arXiv : astro-ph/0305591 . Bibcode : 2004mmu..symp..291W. ISBN 978-0-521-75576-4.
  2. ^ Ууу, Маркус. «Самая большая вещь во вселенной». BBC . Получено 14 августа 2015 г.
  3. ^ abc Чаун, Маркус (2007). «Пустота: отпечаток другой вселенной?». New Scientist . 196 (2631): 34–37. doi :10.1016/s0262-4079(07)62977-7.
  4. ^ Cruz, M.; Martinez-Gonzalez, E.; Vielva, P.; Cayon, L. (2005). «Обнаружение негауссового пятна в 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). «Негауссово холодное пятно в трехлетних данных WMAP». The Astrophysical Journal . 655 (1): 11–20. arXiv : astro-ph/0603859 . Bibcode : 2007ApJ...655...11C. doi : 10.1086/509703. S2CID  121935762.
  6. ^ ab Zhang, Ray; Huterer, Dragan (2010). "Диски в небе: переоценка "холодной точки" WMAP"". Астрофизика частиц . 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, PAR; et al. (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. ↑ Milligan, 22 марта 2006 г., 10:31 вечера. «WMAP: Космическая ось зла – EGAD». Blog.lib.umn.edu. Архивировано из оригинала 2015-06-07 . Получено 2014-05-11 .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  9. ^ ab Granett, Benjamin R.; Neyrinck, Mark C.; Szapudi, István (2008). «Отпечаток сверхструктур на микроволновом фоне из-за интегрированного эффекта Сакса–Вольфа». 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). «Локальные пустоты как источник аномалий реликтового излучения под большим углом I». The Astrophysical Journal . 648 (1): 23–30. arXiv : astro-ph/0602478 . Bibcode : 2006ApJ...648...23I. doi : 10.1086/505636. S2CID  119080005.
  11. ^ ab Szapudi, I.; et al. (2015). «Обнаружение суперпустоты, совмещенной с холодным пятном космического микроволнового фона». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 450 (1): 288–294. arXiv : 1405.1566 . Bibcode : 2015MNRAS.450..288S. doi : 10.1093/mnras/stv488 .
    • «Холодная космическая тайна решена: крупнейшая известная структура во Вселенной оставляет свой отпечаток на излучении реликтового излучения». Phys.org . 20 апреля 2015 г.
  12. ^ Рудник, Лоуренс; Браун, Ши; Уильямс, Лилия Р. (2007). «Внегалактические радиоисточники и холодное пятно WMAP». The Astrophysical Journal . 671 (1): 40–44. arXiv : 0704.0908 . Bibcode : 2007ApJ...671...40R. doi : 10.1086/522222. S2CID  14316362.
  13. ^ Смит, Кендрик М.; Хутерер, Драган (2010). «Нет доказательств существования холодного пятна в радиообзоре NVSS». 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. ^ Гранетт, Бенджамин Р.; Сапуди, Иштван; Нейринк, Марк К. (2010). «Количество галактик в холодном пятне реликтового излучения». 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. ^ Темная энергия и отпечаток сверхструктур на микроволновом фоне
  16. ^ Финелли, Фабио; Гарсия-Беллидо, Хуан; Ковач, Андраш; Пачи, Франческо; Сапуди, Иштван (2014). «Суперпустота, отпечатавшая холодное пятно в космическом микроволновом фоне». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 455 (2): 1246. arXiv : 1405.1555 . Bibcode : 2016MNRAS.455.1246F. doi : 10.1093/mnras/stv2388 .
  17. ^ "Таинственное "холодное пятно": отпечаток крупнейшей структуры во Вселенной?". Discovery News . 2017-05-10. Архивировано из оригинала 2015-10-31 . Получено 2015-05-28 .
  18. ^ Seshadri, Nadatur; Crittenden, Robert (2016). «Обнаружение интегрированного отпечатка Сакса-Вольфа космических суперструктур с использованием подхода согласованного фильтра». The Astrophysical Journal . 830 (2016): L19. arXiv : 1608.08638 . Bibcode :2016ApJ...830L..19N. doi : 10.3847/2041-8205/830/1/L19 . S2CID  55896975.
  19. ^ ab Mackenzie, Ruari; et al. (2017). "Evidence against a supervoid cause 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 . Другим объяснением может быть то, что Холодное Пятно является остатком столкновения между нашей Вселенной и другой вселенной «пузыря» во время ранней инфляционной фазы (Chang et al. 2009, Larjo & Levi 2010).
  20. ^ Рахман, Сайед Фейсал ur (2020). «Непреходящая загадка космического холодного пятна». Physics World . 33 (2): 36. Bibcode : 2020PhyW...33b..36R. doi : 10.1088/2058-7058/33/2/35. S2CID  216440967.
  21. ^ Dupe, FX (2011). «Измерение интегрированного эффекта Сакса–Вольфа». Астрономия и астрофизика . 534 : A51. arXiv : 1010.2192 . Bibcode : 2011A&A...534A..51D. doi : 10.1051/0004-6361/201015893. S2CID  14737577.
  22. ^ Ковач, А.; Джеффри, Н.; Гатти, М.; Чанг, К.; Уайтвей, Л.; Хамаус, Н.; Лахав, О.; Поллина, Г.; Бэкон, Д.; Кацпрзак, Т.; Модсли, Б. (17.12.2021). «Вид DES на сверхпустоту Эридана и холодное пятно реликтового излучения». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 510 (1): 216–229. arXiv : 2112.07699 . doi : 10.1093/mnras/stab3309 . ISSN  0035-8711.
  23. ^ «Наша Вселенная нормальна! Ее самая большая аномалия, холодное пятно реликтового излучения, теперь объяснена». Big Think . Февраль 2022 . Получено 2022-02-09 .
  24. ^ Cruz, M.; N. Turok; P. Vielva; E. Martínez-González; M. Hobson (2007). «Особенность космического микроволнового фона, соответствующая космической текстуре». 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. ^ Холман, Р.; Мерсини-Хоутон, Л.; Такахаши, Томо (2008). «Космологические аватары ландшафта I: заключение в скобки шкалы разрушения SUSY». Physical Review D. 77 ( 6): 063510. arXiv : hep-th/0611223 . Bibcode : 2008PhRvD..77f3510H. doi : 10.1103/PhysRevD.77.063510. S2CID  118887165.
  26. ^ Холман, Р.; Мерсини-Хоутон, Лора; Такахаши, Томо (2008). «Космологические аватары ландшафта II: сигнатуры CMB и LSS». Physical Review D. 77 ( 6): 063511. arXiv : hep-th/0612142 . Bibcode : 2008PhRvD..77f3511H. doi : 10.1103/PhysRevD.77.063511. S2CID  41377003.
  27. ^ Чанг, Спенсер; Клебан, Мэтью; Леви, Томас С. (2009). «Наблюдение за столкновением миров: влияние столкновений космологических пузырей на реликтовое излучение». Журнал космологии и астрочастичной физики . 2009 (4): 025. arXiv : 0810.5128 . Bibcode : 2009JCAP...04..025C. doi : 10.1088/1475-7516/2009/04/025. S2CID  15683857.
  28. ^ Чех, Бартломей; Клебан, Мэтью; Ларьо, Клаус; Леви, Томас С; Сигурдсон, Крис (2010). "Столкновения поляризующихся пузырей". Журнал космологии и астрочастичной физики . 2010 (12): 023. arXiv : 1006.0832 . Bibcode : 2010JCAP...12..023C. doi : 10.1088/1475-7516/2010/12/023. S2CID  250776263.
  29. ^ Гурзадян, В.Г. и др. (2009). "Колмогоровское фоновое излучение". Астрономия и астрофизика . 497 (2): 343. arXiv : 0811.2732 . Bibcode : 2009A&A...497..343G. doi : 10.1051/0004-6361/200911625. S2CID  16262725.
  30. ^ Россманит, Г.; Рэт, К.; Бэндей, А.Дж.; Морфилл, Г. (2009). «Негауссовские сигнатуры в пятилетних данных WMAP, идентифицированные с помощью индексов изотропного масштабирования». 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.
  31. ^ Гурзадян, ВГ; Кочарян, АА (2008). "Параметр стохастичности Колмогорова, измеряющий случайность в космическом микроволновом фоне". Астрономия и астрофизика . 492 (2): L33. arXiv : 0810.3289 . Bibcode : 2008A&A...492L..33G. doi : 10.1051/0004-6361:200811188.

Внешние ссылки