Откуда мы знаем, что флуктуации космического микроволнового фонового излучения (CMBR) не загрязнены тем, что обнаруживает телескоп? Хаббл?
Тихо, один за другим, на бескрайних райских лугах Красивые звезды расцвели, как ангельские цветы.Празднование 25-летия запуска космического телескопа.— Лонгфелло
Для Хаббла было естественно выбрать из ваших вопросов письмо Джерарда, который обратил внимание на две вещи, которые вы можете считать несвязанными друг с другом, хотя они и связаны.
Он просит:
Ученые говорят о практически идеальной однородности КМП.Вы можете подумать, что это не имеет ничего общего с Хабблом, но это не так.Откуда они знают, что измеренные расхождения в однородности не связаны с отсутствием хороших поправок к галактикам в поле зрения измерительных телескопов?
Вернемся к началу истории и проследим ее развитие.
Горячий Большой взрыв начинается с горячего, плотного супа из частиц, античастиц и излучения при невероятно высоких температурах.
Он почти идеально гладкий и однородный, но не совсем.
Инфляция, явление, которое предшествовало Большому взрыву и привело к нему, растянуло крошечные квантовые флуктуации, которые постоянно происходят во Вселенной, создав набор областей повышенной и пониженной плотности.
Более того, эта горячая и плотная Вселенная расширяется.
Гравитация работает на всеобщее сжатие и притягивает все больше и больше материи и энергии в области с повышенной плотностью и пытается сжать Вселенную обратно.
Та же самая борьба между гравитацией и расширением, параллельно с охлаждением Вселенной (поскольку расширение влияет не только на количество материи в единице объема), растягивает длины волн доступного света.
Как только Вселенная достаточно остынет, чтобы нарушить симметрию, и частицы обретут массу, лишние пары частиц/античастиц аннигилируют, протоны и нейтроны образуют стабильные атомные ядра, и, наконец, вы можете создавать стабильные нейтральные атомы, поскольку остаточное излучение уже не имеет достаточного количества энергии.
энергию для повторной ионизации атомов.
В этот момент фотоны, оставшиеся после Большого взрыва, могут двигаться по прямой линии, поскольку свободные электроны становятся связанными.
Это излучение почти однородно.
Но излучение, которое мы видим, будет однородным, но не полностью.
Инфляция не только создавала регионы с разной плотностью, но на определенных масштабах (обычно небольших) гравитация также работала на увеличение (или уменьшение на других масштабах, что влияет на взаимодействие с радиацией) разницу между регионами с повышенной и пониженной плотностью.
Так почему же, хотя излучение оказалось однородным, мы не видим его таким? 
Давайте вспомним самую важную идею, высказанную общей теорией относительности Эйнштейна: пространство искривляется в присутствии материи и энергии.
Если взять область пространства с повышенной плотностью – больше материи, больше энергии – пространство в ней будет более искривленным и любой свет, попадающий в эту область, будет смещаться в синюю часть спектра, а любой свет, выходящий из нее, будет смещаться в красная часть.
И если бы весь свет изначально имел одинаковую температуру, но некоторые области были бы более или менее плотными, что бы это значило для света, входящего, а затем выходящего из такой области и попадающего в наши глаза? 
Это означает, что более плотные области будут казаться более холодными из-за более высокого гравитационного красного смещения, а менее плотные области будут казаться более горячими из-за более низкого гравитационного красного смещения.
Это называется эффектом Сакса-Вольфа.
Когда мы изучаем лучшие доступные фотографии «детства Вселенной», то есть колебаний реликтового излучения, мы видим на них именно то, что ожидаем: холодные области соответствуют областям с более высокой плотностью, которые когда-нибудь, благодаря гравитации, будут перерастают в регионы, богатые звездами, галактиками и скоплениями.
Напротив, горячие точки — это области с более низкой плотностью, которые в среднем отдают все свое вещество более плотным областям, окружающим их, и содержат меньшее среднее количество звезд, галактик и скоплений.
А как насчет звезд, галактик и скоплений? Конечно, они могут привести к тем же результатам: гравитационному сдвигу в красную часть спектра после того, как доисторическое излучение вылезло из гравитационных ям.
Ведь, как учит нас Хаббл, Вселенная полна галактик даже в тех местах космоса, где их невозможно увидеть без очень длительной выдержки.
Но само по себе это явление не будет проблемой.
Фотоны имели синее смещение, когда они «падали» в галактику, и только затем смещались в красную сторону на такую же величину, когда они вылетали.
Есть два явления, которые могут изменить энергию фотонов в таких случаях, и оба оказывают влияние на реликтовое излучение:
- Газ в галактиках и скоплениях из-за температуры и движения может приводить к изменениям температуры реликтового излучения.
Это явление известно как эффект Сюняева-Зельдовича, оно было предсказано и открыто.
- Гравитационный потенциал этих объектов - независимо от того, увеличивается или уменьшается их плотность - может повышаться или падать по мере того, как фотон входит в поле действия объекта, а затем покидает его и меняет энергию.
Это известно как интегрированный эффект Сакса-Вольфа и играет роль во флуктуациях в больших масштабах, особенно в поздней Вселенной.
Долгое время было довольно сложно объяснить существование крупномасштабного пятна, температура которого была слишком низкой по сравнению с теоретической.
Такого большого и холодного пятна не должно было бы существовать, если бы Вселенная образовалась так, как я вам говорил.
Но после активного поиска галактик в этой области мы определили, что галактик в этой области примерно на 20% меньше, чем в среднем.
Эта местность оказалась великим космическим пустота , изменяя свой гравитационный потенциал за счет интегрированного эффекта Сакса-Вольфа, в результате чего свет реликтового излучения слишком сильно смещается в красную часть спектра, то есть становится холоднее обычного.
А если принять это во внимание, то окажется, что холодное пятно в реликтовом излучении весьма обыкновенное и эта «суперпустота», приведшая к дополнительному охлаждению космической области, представляет собой всего лишь обычную область повышенной плотности на большой масштаб.
Просто два обычных явления наложились друг на друга, и результат выглядел странно.
Но на самом деле, Джерард, ситуация противоположна тому, чего вы опасались: сравнивая карты галактик с CMF, мы можем лучше понять, как выглядела наша Вселенная в момент рождения, до того, как начали играть роль какие-либо гравитационные или астрофизические эффекты! 
И еще одно удивительное достижение астрономии и астрофизики и каждого из телескопов, обследовавших ночное небо, — в том числе и телескопа им.
Хаббл – способствовал пониманию этого вопроса.
Спасибо за отличный вопрос и еще одну замечательную неделю.
Отправьте меня Ваши вопросы и предложения для будущих статей.
Теги: #астрономия #Популярная наука #физика #Хаббл #спросите Итана #большой взрыв #CMPH #космическое фоновое излучение
-
«Вокруг Света» Включено В Яндекс.словари.
19 Oct, 24 -
Идеальный Язык Сценариев Для Web — Начало
19 Oct, 24 -
Экспертное Шоу «Рунетология», Выпуск 3
19 Oct, 24 -
Стартап Earthmine
19 Oct, 24
