CMB Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου

Transcript

1 CMB Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου Θα εξετάσουμε την Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου (Cosmic Microwave Background) Η CMB αποτελεί ένα μικρό κομμάτι της ιστορίας του σύμπαντος Περιέχει σημαντικές πληροφορίες για την ιστορία και την εξέλιξη του σύμπαντος για το μέγεθος, τη μάζα, την ηλικία, τη σύνθεση, τη γεωμετρία και τη μοίρα του σύμπαντος Με αφορμή την CMB θα αφηγηθούμε μια περίληψη της συνολικής ιστορίας του σύμπαντος. Γιώργος Νικολιδάκης

2 CMB Πώς ξεκίνησε Το 1963 δύο νέοι ερευνητές φυσικοί από τα εργαστήρια της Bell οι Arno Penzias και Robert Wilson άρχισαν να κάνουν αστρονομικές μετρήσεις από διάφορες πηγές ραδιακτινοβολίας στον ουρανό και κυρίως από γαλαξίες που εκπέμπουν στα ραδιοκύματα. Χρησιμοποίησαν μια πολύ καλά βαθμονομημένη χωνοειδή κεραία και ένα πρωτοποριακό ραδιόμετρο το οποίο αρχικά είχε κατασκευαστεί για μετρήσεις ηλεκτρομαγνητικής αντήχησης από δορυφόρους μπαλόνια

3 Οι δυο φυσικοί στην προετοιμασία για τις μετρήσεις τους αντιμετώπισαν ένα τεχνικό, όπως νόμισαν, πρόβλημα. Η αντένα τους εμφάνιζε παράσιτα από τα οποία, παρ όλες τις προσπάθειές τους, δεν μπόρεσαν να απαλλαγούν. Όπου και να έστρεφαν την κεραία εμφανιζόταν η ίδια μυστηριώδης ακτινοβολία η οποία έμοιαζε να προέρχεται από όλες τις κατευθύνσεις και είχε μια θερμοκρασία περίπου 3 βαθμούς Κέλβιν (2.73Κ) ~ Εξέτασαν μήπως η κοντινή Νέα Υόρκη με τις ποικίλες δραστηριότητές της ήταν η αιτία των παρασίτων. Καθάρισαν την χοάνη από τις κουτσουλιές των περιστεριών που είχαν χτίσει τη φωλιά τους μέσα στην αντένα και θεώρησαν ότι οι κουτσουλιές δρούσαν σαν διηλεκτρική ουσία που αλλοίωνε τα αποτελέσματα. Όμως τα «παράσιτα» παρέμεναν. CMB Πώς ξεκίνησε

4 Αυτή η προσπάθειά τους να εντοπίσουν την πηγή των παρασίτων τράβηξε την προσοχή άλλων συναδέλφων τους επιστημόνων οι οποίοι κατάλαβαν ότι αυτή η ακτινοβολία υποβάθρου είχε στην ουσία προβλεφθεί πολλά χρόνια πριν, σαν ένα κατάλοιπο ακτινοβολίας από την δημιουργία του πρώιμου σύμπαντος. Το 1948 από τον George Gamow, Ralph Alpher, & Robert Herman από το πανεπιστήμιο του Princeton. Τελικά απεδείχθη ότι αυτά τα «παράσιτα» δεν ήταν τίποτε άλλο παρά η αρχέγονη κοσμική ακτινοβολία, το αρχαιότερο απομεινάρι από τη Δημιουργία του Κόσμου. CMB Πώς ξεκίνησε

5 Τα «παράσιτα» Γράφουν Ιστορία Μ άλλα λόγια, τα «παράσιτα», από τα οποία προσπαθούσαν να απαλλαγούν, αποδείχθηκε ότι αποτελούσαν την σημαντικότερη ίσως παρατηρησιακή ανακάλυψη στην Ιστορία της Επιστήμης. Οι δύο επιστήμονες για αυτή τους την ανακάλυψη μοιράστηκαν το βραβείο Nobel Φυσικής το 1978

6 Η περιοχή του σύμπαντος που είναι ορατή με τα σύγχρονα όργανα εκτείνεται σε απόσταση μέχρι 96 δισεκατομμύρια έτη φωτός και περιέχει περίπου 170 δισεκατομμύρια γαλαξίες. Οι γαλαξίες είναι κατανεμημένοι σε ομάδες των 100 έως γαλαξιών σε σμήνη και καθένας από αυτούς αποτελείται κατά μέσο όρο από 100 δισεκατομμύρια αστέρες. Χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων διάχυτης μεσοαστρικής και ενδογαλαξιακής ύλης, ενώ το ~96% της μάζας του αποτελείται από "αόρατη" μη παρατηρήσιμη ύλη. Η μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος μας δείχνει μια νηματώδη διασύνδεση όλων των γαλαξιακών δομών ένα τεράστιο κοσμικό ιστό και μια ομοιογενή κατανομή της ύλης μέσα σε αυτόν. Το ορατό Σύμπαν

7 To Πρόβλημα του ορίζοντα Σε μεγάλη κλίμακα λοιπόν το σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο, δηλαδή σε οποιαδήποτε θέση και να βρίσκεται ένας παρατηρητής και προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και αν κοιτάζει θα διακρίνει τα ίδια γενικά χαρακτηριστικά Δύο σημεία που απέχουν περισσότερο από 48 δισεκατομμύρια έτη φωτός δεν είναι δυνατόν να έχουν επικοινωνήσει μεταξύ τους ώστε να έχουν ανταλλάξει πληροφορία και να ομογενοποιηθούν, εφόσον η ταχύτητα του φωτός είναι το απόλυτο όριο της κοσμικής επικοινωνίας! Δεν επικοινώνησαν ποτέ και όμως βρίσκονται στην ίδια κατάσταση Πως λοιπόν προέκυψε αυτό, με ποιά διαδικασία το σύμπαν ομογενοποιήθηκε?

8 Το σύμπαν Διαστέλλεται! Το 1929 ο αμερικάνος αστρονόμος Edwin Hubble μετρώνατας το φάσμα απορρόφησης μακρινών γαλαξιών που οφείλονται στο υδρογόνο, ασβέστιο και άλλα στοιχεία, παρατήρησε μια μετατόπιση στις αναμενόμενες τιμές προς το Ερυθρό μέρος του φάσματος Αυτή η ερυθρή μετατόπιση συμβαίνει όταν μια πηγή φωτός απομακρύνεται από ένα παρατηρητή. Διατύπωσε μια εξίσωση η οποία έγινε γνωστή ως νόμος του Hubble υ = H d Όπου υ η ταχύτητα απομάκρυνσης του γαλαξία d η απόσταση του γαλαξία από τον παρατηρητή και Η μια σταθερά που ονομάζεται Hubble. Σε οποιαδήποτε διεύθυνση κι αν κοιτάξουμε, βλέπουμε γαλαξίες να απομακρύνονται από εμάς Όσο πιο απομακρυσμένοι είναι οι γαλαξίες, τόσο ταχύτερα κινούνται. Οι γαλαξίας μας δεν κατέχει μια ιδιαίτερη θέση στο σύμπαν, την ίδια εικόνα θα είχαμε αν παρατηρούσαμε το σύμπαν από έναν άλλο γαλαξία. Θα πρέπει συνεπώς να φανταστούμε ότι διαστέλλεται ολόκληρο το σύμπαν, στο οποίο περιέχονται οι γαλαξίες.

9 Bing Bang Η διαπίστωση, ότι οι γαλαξίες απομακρύνονταν μεταξύ τους σήμαινε ότι στο μακρινό παρελθόν τους είχαν μια κοινή εκκίνηση. Επομένως, συμπερασματικά οι αστρονόμοι κατέληξαν στη γενική άποψη ότι η ύλη και η ενέργεια του Σύμπαντος ήταν συγκεντρωμένη σ' ένα αρχικό σημείο με άπειρη θεωρητικά πυκνότητα. Περαιτέρω μετρήσεις απέδειξαν ότι το Σύμπαν γεννήθηκε πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια σε μια υπέρθερμη και υπέρπυκνη κατάσταση και έκτοτε διαστέλλεται και ψύχεται συνεχώς (Bing Bang). Το σύμπαν δεν επεκτάθηκε στο διάστημα, καθώς ο χώρος δεν υπήρχε πριν από το σύμπαν. Θα πρέπει να σκεφτούμε το Big Bang σαν μια ταυτόχρονη εμφάνιση του χώρου παντού.

10 Δεν υπάρχει κάποιο προνομιακό σημείο στο σύμπαν που να μπορούμε να πούμε ότι είναι το κέντρο της έκρηξης. Το σύμπαν δεν έχει επεκταθεί από κάποιο σημείο, ο ίδιος ο χώρος τεντώνεται και μεταφέρει την ύλη μαζί του. Σύμφωνα με την θεωρία του Einstein το υπόβαθρο που συμβαίνουν πράγματα στο σύμπαν είναι ο χωροχρόνος και όταν λέμε ότι το σύμπαν διαστέλλεται θα πρέπει να καταλάβουμε ότι αυτό που διαστέλλεται είναι ο ίδιος ο χώρος παρασύροντας μαζί τους και τη μάζα του Σύμπαντος. Είναι σαν όλο το Σύμπαν να βρίσκεται πάνω στην επιφάνεια ενός μπαλονιού που φουσκώνει συνεχώς καθώς ο χρόνος κυλάει. Δεδομένου ότι το σύμπαν με τον ορισμό του περιλαμβάνει το σύνολο του χώρου και του χρόνου όπως τον ξέρουμε, είναι πέρα από το μοντέλο του Big Bang να ρωτήσουμε μέσα σε τι διαστέλλεται ή τι προκάλεσε το Bing Bang Το σύμπαν πέρασε διάφορες περιόδους μέχρι να φτάσει στην κατάσταση που είναι σήμερα. Ο χώρος Διαστέλλεται

11

12 Εποχή Planck Δεν υπάρχει η θεωρία των πάντων και δεν μπορούμε να προβλέψουμε τη φύση του σύμπαντος κατά τη χρονική διάρκεια πριν από τον χρόνο Planck 𝑡 = 𝑠 Χρονική στιγμή από 0 έως δευτερόλεπτα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: η Βαρυτική, η Ισχυρή Πυρηνική, η Ασθενής Πυρηνική και η Ηλεκτρομαγνητική, παρουσιάζονται ενοποιημένες σε μία δύναμη. Η θερμοκρασία φθάνει τους 1032 Κ, η πυκνότητα τα 1094 𝑔𝑟/𝑐𝑚3, και η μάζα ήταν τόσο πυκνή ώστε ένα ολόκληρο σμήνος γαλαξιών θα είχε περίπου τις διαστάσεις ενός ατόμου υδρογόνου. Όλη η ενέργεια του Σύμπαντος έχει τη μορφή θερμότητας, ενώ η περίοδος αυτή έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι κατά τη διάρκειά της, η πυκνότητα της ενέργειας (θερμότητας), όσο και η καμπυλότητα του χώρου έτειναν προς το άπειρο. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν εξελισσόταν στα πλαίσια μιας σημειακής ιδιομορφίας μέσα από την οποία γεννήθηκε.

13 Εποχή της Μεγάλης Έκρηξης και της πληθωριστικής διόγκωσης Τη χρονική στιγμή δευτερόλεπτα η βαρύτητα αποχωρίζεται και αποτελεί ξεχωριστή δύναμη κάτι που συνοδεύτηκε με αυθόρμητο σπάσιμο της συμμετρίας. Από την χρονική στιγμή έως γίνεται ο διαχωρισμός της ισχυρής πυρηνικής και αποτελεί ξεχωριστή δύναμη η οποία θα συνδέσει αργότερα τα σωματίδια των ατομικών πυρήνων. Θερμοκρασία Κ Τη στιγμή της απελευθέρωσης της ισχυρής πυρηνικής συντελέστηκε αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη και μέσα σε ένα ελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, λόγω της τεράστιας πυκνότητας, το Σύμπαν διεστάλη πολύ περισσότερο από όσο έχει διασταλεί τα επόμενα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε μέχρι σήμερα.) Στην πραγματικότητα, αμέσως μετά από το Big Bang, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης και της αντιύλης εξαϋλώθηκε, (Η ύλη και η αντιύλη θα έπρεπε να είναι ίσες) αλλά ένα στο δισεκατομμύριο σωματίδια επέζησαν και από αυτά έγιναν οι γαλαξίες και ο κόσμος όπως εμείς τον ξέρουμε τώρα. Η απελευθέρωση της ισχυρής πυρηνικής θεωρείται ότι αποτέλεσε την αιτία για την έναρξη της περιόδου της πολύ γρήγορης διαστολής του σύμπαντος. Η φάση αυτή της πληθωριστικής διόγκωσης κράτησε δευτερόλεπτα και μεγάλωσε το μέγεθος του σύμπαντος κατά 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές. (10 26 ) Η τελευταία αλλαγή στη συμμετρία του σύμπαντος συνέβη όταν διαχωρίστηκε η ηλεκτρομαγνητική δύναμη από την ασθενή πυρηνική δύναμη. Από εκείνη τη χρονική στιγμή και μετά το σύμπαν συμπεριφέρεται όπως ξέρουμε σήμερα.

14 Εποχή της πληθωριστικής διόγκωσης Το Σύμπαν μας εμφανίζεται αρκετά ομοιογενές και ισότροπο σε μεσαίες κλίμακες με την θερμοκρασία υποβάθρου να είναι ίδια από όποια πλευρά του διαστήματος και να προέρχεται. Αυτό φαίνεται αν εξετάσουμε την ακτινοβολία υποβάθρου. Πως όμως εξηγείται αυτό αφού ξέρουμε ότι με τον ρυθμό εξάπλωσης που παρατηρούμε σήμερα θα έπρεπε να υπάρχουν τμήματα του σύμπαντος που δεν έχουν καθόλου επικοινωνήσει μεταξύ τους. Πως λοιπόν κατάφερε το σύμπαν μετά την μεγάλη έκρηξη να έρθει σε μια τέτοια κατάσταση ώστε τα τμήματά του να βρεθούν σε θερμοδυναμική ισορροπία Ο Alan Guth προτείνει το Πληθωριστικό Μοντέλο (Inflation), το οποίο δίνει λύσεις στο Πρόβλημα Ορίζοντα και της επιπεδότητας. Εάν ο πληθωρισμός δεν συνέβαινε το σύμπαν θα έπρεπε ήταν σημαντικά μεγαλύτερο ακριβώς μετά το ΒΒ Ο πληθωρισμός προβλέπει ότι το σύμπαν ξεκίνησε στο πρώτο στάδιο με πολύ μικρότερο ρυθμό από ότι προέβλεπε η θεωρία της Μεγάλης έκρηξης έτσι ώστε τα τμήματα του σύμπαντος πρόλαβαν να επικοινωνήσουν μεταξύ τους και να έρθουν σε μια θερμοδυναμική ισορροπία και στην συνέχεια κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη μεγάλη έκρηξη, συνέβηκε ένα βίαιο γεγονός (πληθωρισμός) ο οποίος επιτάχυνε ραγδαία την εξάπλωση του σύμπαντος. Ο πληθωρισμός όπως ονομάζει ο Guth αυτή την εκθετική διαστολή, λύνει το πρόβλημα της ομοιομορφίας διότι παίρνει ένα κομμάτι του πρώιμου σύμπαντος αρκετά μικρό ώστε να έχει εξομαλυνθεί με τις εσωτερικές διαδικασίες και με την εκθετική διαστολή να γίνει τόσο μεγάλο όσο βλέπουμε σήμερα α t = a 0 e Ht (Η:constant ). Ταυτόχρονα έδειξε ότι ο πληθωρισμός ωθεί το σύμπαν όλο και πιο κοντά στην τέλεια επιπεδότητα καθώς η διαστολή συνεχίζεται. Διαστολή του χώρου με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός στο χώρο, δεν παραβιάζει διότι δεν κινήθηκε κάτι μέσα στο σύμπαν με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός Το σύμπαν είναι ~10-32 μέτρα και περνά από μια υπερταχύτατη διαστολή, από sec έως sec, στην οποία διπλασιάζεται κάθε sec. Αυτό σημαίνει ότι στα μέσα σε sec διπλασιάζεται 100 φορές. Ήδη όμως έχει προλάβει και αυξήθηκε σε όγκο κατά φορές ή κατά φορές η γραμμική διάσταση. Γι αυτό και μια έκταση όσο μέτρα έγινε μια έκταση όσο ένα πορτοκάλι 10 εκατοστά. Στο τέλος του πληθωρισμού μόνο το ορατό σύμπαν είχε διαστάσεις ~ 3 μέτρα (από μέτρα που ήταν στην αρχή, και το μέγεθος αυτό επιτεύχθηκε γιατί η διαστολή έγινε με ταχύτητα μεγαλύτερη του φωτός.

15

16 Εποχή των αδρονίων Σύμφωνα, λοιπόν, με την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, ένα μόλις δευτερόλεπτο μετά την «εμφάνισή» του, το Σύμπαν ήταν μία υπέρθερμη σούπα πρωτονίων, νετρονίων, ηλεκτρονίων, ποζιτρονίων, φωτονίων, νετρίνων, κουάρκ και αντικουάρκ με θερμοκρασία C. Συγκρούονταν και μετασχηματιζόταν από το ένα στο άλλο. Γι αυτό και τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σκεδάζονταν συνεχώς απ αυτά τα φορτισμένα σωματίδια και δεν μπορούσαν να διαφύγουν ελεύθερα στο Διάστημα, μεταφέροντας πληροφορίες απ αυτή την αρχέγονη εποχή. Με άλλα λόγια, καθ όλη την διάρκεια των πρώτων σταδίων της εξέλιξής του, το Σύμπαν ήταν αδιαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Σε θερμοκρασία 10 δισεκατομμυρίων βαθμών τα νετρίνα αποσυνδέθηκαν από τα υπόλοιπα σωματίδια και οι δυνάμεις ασθενής αλληλεπίδρασης σταμάτησαν να μετατρέπουν τα νετρόνια σε πρωτόνια n p + e + v e : Ο λόγος πρωτονίων προς νετρόνια σταθεροποιήθηκε σε μία τιμή 1/6-1/7. Σε θερμοκρασία 3 δισεκατομυρίων βαθμών η ακτινοβολία ήταν πλέον ανεπαρκής να δημιουργήσει ζεύγη ηλεκτρονίων/ποζιτρονίων γ + γ e + + e και η πυκνότητα των φωτονίων έγινε σταθερή (όπως αυτή των νετρίνων)

17 Εποχή της επανασύνδεσης Καθώς το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται και να ψύχεται (E=1MeV χρόνος περίπου 1s ), τα νετρόνια άρχισαν να ενώνονται με τα πρωτόνια, σχηματίζοντας πυρήνες δευτερίου. Στη συνέχεια, και μέσα στα επόμενα μερικά λεπτά, το δευτέριο συντήχθηκε στο μεγαλύτερο μέρος του σε πυρήνες ηλίου, ενώ παράλληλα σχηματίστηκαν και ίχνη λιθίου. Αυτή η περίοδος της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης, όπως ονομάζεται, ολοκληρώθηκε αμέσως μετά τον σχηματισμό λιθίου, αφού η επακόλουθη μείωση της θερμοκρασίας του Σύμπαντος εμπόδισε το σχηματισμό βαρύτερων πυρήνων. Αυτοί θα σχηματιστούν αρκετά αργότερα, στο εσωτερικό των άστρων Σε χρόνο μόλις 200 δευτερολέπτων με αυτή τη διαδικασία περίπου το ένα τέταρτο των πρωτονίων μετατράπηκε σε πυρήνες ηλίου. Η σημερινή παρατηρούμενη αναλογία ηλίου με υδρογόνο είναι 3/10, με μία επιπλέον 5% αύξηση που οφείλεται στις αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν στο εσωτερικό των αστέρων. Μετά το πέρας της πυρηνοσύνθεσης, το Σύμπαν εξακολουθούσε να είναι τόσο θερμό, ώστε η ύλη που εμπεριείχε ήταν πλήρως ιονισμένη, δηλαδή αποτελούνταν από ελεύθερα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και ελαφρούς ατομικούς πυρήνες θετικά φορτισμένους (πλάσμα).

18 Εποχή της επανασύνδεσης Ο συνολικός αριθμός των βαρυονίων που παρατηρούνται σήμερα στα αστέρια και στον ενδογαλαξιακό χώρο σχετίζεται με τον αριθμό των σωματιδίων που παρήχθησαν κατά τη διάρκεια του Big Bang H πυκνότητα των βαρυονίων όπως μετρήθηκε από την αποστολή WMAP της NASA (και επιβεβαιώνεται από την αναλογία του δευτερίου), καθορίζει την αρχική χημική σύνθεση του σύμπαντος: η πλειοψηφία είναι υδρογόνο, με περίπου ανά 1 άτομο υδρογόνου να έχουμε 0,08 άτομα ηλίου-4, 10 5 άτομα δευτερίου, 10 5 άτομα ηλίου-3 και άτομα λιθίου. Δεδομένου ότι η ποσότητα αυτών των πυρήνων που παράγονται εξαρτάται από την θερμοκρασία και την πυκνότητα του σύμπαντος, όταν αυτό ήταν ηλικίας μόλις λίγων λεπτών, μπορούμε να αποφανθούμε την πρώιμη εξέλιξη μετρώντας την σχετική ποσότητα τους σήμερα. Ειδικότερα, τα μοντέλα της BB προσφέρουν μια εκτίμηση της μέσης βαρυονικής πυκνότητας του σύμπαντος, η οποία αποτελεί μια θεμελιώδη παράμετρο για την κοσμολογία. Γνωρίζουμε από μετρήσεις της κίνησης των γαλαξιών ότι η συνολική πυκνότητα της μάζας του σύμπαντος είναι εξαπλάσια της πυκνότητας των βαρυονίων, όπως έχει συναχθεί από τη BB, κάτι που δηλώνει σαφώς ότι το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν δεν είναι κατασκευασμένα από απλά βαρυονικά υλικά, που περιέχουν πρωτόνια και νετρόνια, αλλά από κάτι πιο μυστηριώδης που ονομάζεται σκοτεινή ύλη.

19 Εποχή της ακτινοβολίας (φωτοκρατίας) Όταν πέρασαν χρόνια, η θερμοκρασία του είχε μειωθεί περίπου στους 3000 Κ, γεγονός που επέτρεψε στα πρωτόνια να ενωθούν με τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και να σχηματίσουν ουδέτερο υδρογόνο. Απ αυτήν την χρονική στιγμή και μετά, τα φωτόνια, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία «αποδεσμεύθηκε» από την ύλη και μπορούσε να ταξιδέψει στο Διάστημα ανεμπόδιστα. Το σύμπαν έγινε διαφανές και το πρώτο φώς παρουσιάστηκε Από την εποχή της φωτοκρατίας μέχρι σήμερα το σύμπαν ήταν χίλιες φορές μικρότερο και είχε θερμοκρασία χίλιες φορές μεγαλύτερη.

20 Εποχή της ακτινοβολίας Τα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που «απελευθερώθηκαν» ακριβώς τότε, έχουν φτάσει στις μέρες μας, και είναι γνωστά ως Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου και αποτελούν το πλέον αρχέγονο φως που είναι δυνατόν να ανιχνεύσουμε στο Σύμπαν. Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου είναι και ένα τείχος, ένα φράγμα στον χρόνο, πέρα απ το οποίο είναι αδύνατο να «δούμε» με τα συμβατικά τηλεσκόπια που ανιχνεύουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ανεξάρτητα του πόσο ισχυρά είναι. Mε τα τηλεσκόπιά μας αυτό που μπορούμε να «δούμε» είναι το πολύ μέχρι την εποχή που η ηλικία του Σύμπαντος ήταν περίπου έτη Πριν από αυτό είναι οι λεγόμενες σκοτεινές εποχές

21 Εποχή της ύλης Στην εποχή της υλοκρατίας το Σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται, με επακόλουθο την ελάττωση της πυκνότητας και της θερμοκρασίας του. Η Βαρύτητα άρχισε να επιβραδύνει τη διαστολή. Η εξίσωση που διέπει την επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος θα πρέπει να περιέχει ένα όρο με την βαρύτητα με αρνητικό πρόσημο διότι θα επιβραδύνει την διαστολή, και ένα όρο με θετικό πρόσημο ο οποίος θα ενισχύει την επιτάχυνση (κοσμολογική σταθερά Λ αντίστοιχη της πίεσης Λ = 8πρ Λ, ρ Λ = 0, Kg m 3 ). Ο όρος της βαρύτητας περιλαμβάνει την πυκνότητα (ρ) και πίεση (p) όλης της ύλης και της ενέργειας Η παράμετρος a είναι ο παράγοντας κλίμακας μέτρησης του μεγέθους του Σύμπαντος, και οι διπλές τελείες δείχνουν τη δεύτερη παράγωγο (επιτάχυνση) σε σχέση με το χρόνο.

22 Θερμική ακτινοβολία είναι η εκπομπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από κάθε ύλη που έχει μια θερμοκρασία μεγαλύτερη από το απόλυτο μηδέν. Αντιπροσωπεύει μια μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η θερμική ενέργεια οδηγεί σε κινητική ενέργεια και τυχαίες κινήσεις των ατόμων και των μορίων της ύλης. Όλη αυτή η ύλη αποτελείται από άτομα και μόρια που αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια, δηλαδή πρωτόνια και ηλεκτρόνια τα οποία έχουν κινητικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους που οδηγούν σε επιτάχυνσηεπιβράδυνση φορτίων και δημιουργία διπόλων -ταλάντωσης. Αυτό οδηγεί σε ηλεκτροδυναμικά συζευγμένα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, με αποτέλεσμα την εκπομπή των φωτονίων, τα οποία ακτινοβολούν την ενέργεια μακριά από το σώμα μέσω της οριακής επιφάνειάς του. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένου του φωτός, δεν απαιτεί την παρουσία της ύλης για την διάδοσή της και μπορεί ταξιδεύει στο κενό του διαστήματος σε άπειρες θεωρητικά αποστάσεις ανεμπόδιστα. Θερμική ακτινοβολίας

23 Θερμική ακτινοβολίας Ακτινοβολία μέλανος σώματος είναι θερμοποιημένη ακτινοβολία σωμάτων, δηλαδή ακτινοβολία που πριν εκπεμφθεί από το σώμα, έχει επανειλημμένα αλληλεπιδράσει με την ίδια την ύλη του σώματος, έχει έρθει σε μια θερμική ισορροπία μαζί της και έχει αποκτήσει θερμική κατανομή της ενέργειάς της στις διάφορες συχνότητες, με τον ίδιο τρόπο που η ενέργεια ενός αερίου που βρίσκεται σε θερμική ισορροπία, κατανέμεται μεταξύ των ατόμων του με ένα τρόπο που υπαγορεύεται από καθαρά θερμοδυναμικούς νόμους. Ένα μαύρο σώμα έχει εξ ορισμού την ιδιότητα να απορροφά έντονα όλες τις ορατές ακτινοβολίες που πέφτουν στην επιφάνειά του άρα θα αλληλεπιδρά ισχυρά μαζί τους και όταν τις εκπέμπει θα έχει αξασφαλίσει την πλήρη θερμοποίηση τους. Για κάθε δεδομένη θερμοκρασία η φασματική κατανομή έχει την μορφή των καμπυλών του σχήματος και για δεδομένη θερμοκρασία είναι ίδια για όλα τα σώματα,από τον ήλιο μέχρι την εστία του σιδερά, είναι μια παγκόσμια καμπύλη Μήπως λοιπόν το σύμπαν στην ηλικία των χρόνων όταν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία «αποδεσμεύθηκε» συμπεριφέρθηκε ως μέλαν σώμα?

24 Διαστημικές Αποστολές Διαστημικές αποστολές με σκοπό να διερευνήσουν την Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. NASA's Cosmic Background Explorer satellite (COBE) Εκτοξεύτηκε το Νοέμβριο του 1989 NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Εκτοξεύτηκε τον Ιούνιο του 2001 ESA Τηλεσκόπιο Planck εκτοξεύθηκε τον Μάιο του 2009

25 COBE Satellite NASA's Cosmic Background Explorer satellite (COBE) Εκτοξεύτηκε το Νοέμβριο του 1989 με σκοπό να διερευνήσει την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Τα αποτελέσματα φαίνονται να αντιστοιχούν ακριβώς στην θεωρητική καμπύλη για την ακτινοβολία μέλανος σώματος. Έδωσε μια θερμοκρασία υποβάθρου / Κ Σε απόλυτη αρμονία με την θερμοκρασία που 26 χρόνια πριν οι ερευνητές Arno Penzias και Robert Wilson μέτρησαν με επίγεια μέσα. Ο μόνος τρόπος για να επιβεβαιωθεί η διπλανή καμπύλη που μετρήθηκε, είναι αυτή η θερμική ακτινοβολία να έχει εκπεμφθεί από μια ύλη συγκεντρωμένη σε μια υπέρθερμη κατάσταση να έχει αποκτήσει θερμική κατανομή της ενέργειας στις διάφορες συχνότητες και από τότε να έχει ψυχθεί λόγω κοσμικής διαστολής. Συμπέρασμα : Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου είναι ακτινοβολία μέλανος σώματος με θερμοκρασία Τ= 2,725 Κ. J f, T = 2πh c 2 f 3 e hf kt 1

26 Ακτινοβολία Μέλανος σώματος Εφαρμογή Νόμου του Wien για μέτρηση της θερμοκρασίας Τον νόμο του Wien μπορούμε να τον γράψουμε όπως παρακάτω: T = b λ max Με αυτή την μορφή μπορούμε να βρούμε την θερμοκρασία του μέλανος σώματος εάν γνωρίζουμε το μέγιστο μήκος κύματος. Σύμφωνα με τα δεδομένα και το διάγραμμα που πήραμε από τον COBE στα διάφορα μήκη κύματος μπορούμε να δούμε ότι μέγιστη ακτινοβολία συμβαίνει κοντά στα 1mm και ακριβώς στα 1.06mm T = 2,9 mm K 1,06 mm = 2,725 K Η μοναδική ελεύθερη παράμετρος στη θεωρία, που καθορίζει και το σχήμα και το μέγεθος της καμπύλης, είναι η θερμοκρασία Τ. Στην προκειμένη περίπτωση Τ = 2,725 Κ, σε συμφωνία με το ισχύον κοσμολογικό μοντέλο. Η εντυπωσιακή αυτή σύμπτωση των παρατηρησιακών δεδομένων που αφορούν το Σύμπαν και την Ιστορία του με τα πιο θεμελιακά αποτελέσματα της θεωρίας του μέλανος σώματος δημιουργεί συγκλονιστικά αισθήματα δέους και θαυμασμού για την εμβέλεια της επιστημονικής μεθοδολογίας και τη δύναμη της ανθρώπινης διάνοιας.

27 Δορυφόρος Planck Τηλεσκόπιο Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA) σχεδιάστηκε για την μελέτη των ανισοτροπιών της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου. Το τηλεσκόπιο Planck εκτοξεύθηκε τον Μάιο του 2009, φθάνοντας στο σημείο Lagrange Γης Ήλιου L2 μετά από 2 μήνες και από τον Φεβρουάριο του 2010 άρχισε τις παρατηρήσεις του. 21 Μαρ του 2013 από τα δεδομένα που αποκτήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck της ESA δημιουργείται ο πιο λεπτομερής χάρτης που έγινε ποτέ σχετικά με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

28 Τι «είδε» το Planck Είδε με την μεγαλύτερη ακρίβεια από ποτέ την μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου που περιέχεται στο σύμπαν Είναι η ίδια ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία απελευθερώθηκε από το διαστελόμενο σύμπαν την εποχή της φωτοκρατίας όταν η ηλικία του σύμπαντος ήταν ετών και η θερμοκρασία του ήταν 3000Κ. Η θερμοκρασία αυτή λόγω διαστολής του σύμπαντος έχει πέσει στα 2.7Κ Η εικόνα δείχνει τις διακυμάνσεις θερμοκρασίας στην Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου όπως φαίνεται από τον δορυφόρο Planck της ESA και όπως φαινόταν από τον προκάτοχό του WMAP Wilkinson Microwave Anisotropy Probe της NASA και το COBE Σύμφωνα με τον Jan Tauber, ερευνητή της ESA: «το πορτρέτο της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ελεγχθούν με λεπτομέρεια όλα τα πιθανά μοντέλα που περιγράφουν την εξέλιξη του σύμπαντος. Το καθιερωμένο κοσμολογικό πρότυπο εξακολουθεί να στέκεται ψηλά, αλλά την ίδια στιγμή τα στοιχεία των ανώμαλων χαρακτηριστικών της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου, είναι πιο σοβαρά από ό,τι εθεωρείτο μέχρι σήμερα, γεγονός που υποδηλώνει ότι κάτι θεμελιώδες μπορεί να λείπει από το καθιερωμένο πρότυπο».

29 Τι «είδε» το Planck Ο χάρτης της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου από την εποχή της Μεγάλης Έκρηξης από τα δεδομένα που συνέλλεξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Planck. Δύο ανώμαλα χαρακτηριστικά που είχε ήδη εντοπίσει προκάτοχος του Planck, WMAP, επιβεβαιώθηκαν στα καινούργια δεδομένα υψηλής ακρίβειας του Planck. To ένα είναι μια ασυμμετρία στις μέσες θερμοκρασίες των αντίθετων ημισφαιρίων του ουρανού (διαχωρίζονται από την καμπύλη γραμμή). Υπάρχει επίσης ένα ψυχρό σημείο που βρίσκεται στο ένα τμήμα του ουρανού (σε κύκλο), που είναι ψυχρότερο του αναμενομένου. Στην εικόνα αυτή οι ανισοτροπίες στην θερμοκρασία επισημαίνονται με κόκκινη και μπλε σκίαση για να είναι πιο ορατές.

30 Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης έπρεπε να περάσει μια ακόμη σημαντική δοκιμασία. Η ύπαρξη των γαλαξιών και των άστρων συνεπάγεται ότι στο πρώιμο Σύμπαν η πυκνότητα της ύλης δεν μπορεί να ήταν απολύτως ομοιόμορφη παντού. Η αρχική ομοιογένεια του σύμπαντος θα πρέπει να διαταράσσεται από μικρές τοπικές συγκεντρώσεις ύλης (Διακυμάνσεις πυκνότητας) που λόγω των αμοιβαίων δυνάμεων βαρύτητας που αναπτύσσονταν τείνουν να μεγαλώσουν και να συμπυκνωθούν ακόμη περισσότερο. Ενώ η CMB προβλέπεται να είναι πολύ ομαλή, η έλλειψη των χαρακτηριστικών δεν μπορεί να είναι τέλεια. Σε κάποιο επίπεδο περιμένει κανείς να δει παρατυπίες, ή ανισοτροπίες, στη θερμοκρασία της ακτινοβολίας Κάποιες, έστω και μικρές αυξημένες συγκεντρώσεις ύλης έπρεπε να υπάρχουν για να αποτελέσουν το σπέρμα της δημιουργίας των γαλαξιών. Όμως αυτές οι αυξομειώσεις όφειλαν να αποτυπωθούν στην Κοσμική Ακτινοβολία Μικροκυμάτων, ως μικρές διαφορές ανάλογα με την κατεύθυνση απ όπου έρχεται αυτή η κοσμική ακτινοβολία. (Δεν οφείλονται στην Βαρύτητα) Οι δορυφορικές παρατηρήσεις που ανακοινώθηκαν το 1992 επιβεβαίωσαν για πρώτη φορά την ύπαρξη αυτών των μικροδιαφορών στην Κοσμική Ακτινοβολία Μικροκυμάτων. Με χρήση φίλτρων ζώνης φαίνεται πώς η θερμοκρασία της ακτινοβολίας μεταβάλλεται σε διαφορετικές γωνιακές κλίμακες, σχεδόν σταθερή στις μεγάλες κλίμακες ενώ στις μικρότερες αποκαλύπτεται μια λεπτή υφή, το πρώτο μέγιστο αποκαλύπτει συμπυκνώσεις και αραιώσεις της βασικής συχνότητας ενώ τα επόμενα αποκαλύπτουν τις αρμονικές της.

31 Θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Είναι σαν να υπήρξε μια ηχητική έκρηξη στην αρχική σούπα σωματιδίων που αποτέλεσε μια βασική ηχητική ταλάντωση που αντιστοιχεί σε ένα κύμα με τις αρμονικές της, ταλάντωση του χώρου. Ανάλυση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας της Κοσμικής Ακτινοβολίας Μικροκυμάτων (στο πέμπτο δεκαδικό ψηφίο) ανάλογα με τη κατεύθυνση παρατήρησης. Οι διακυμάνσεις αυτές έχουν αναλυθεί ως άθροισμα σφαιρικών αρμονικών Y l m (θ, φ), εδώ δίνεται η εξάρτηση των συντελεστών από το l. Η σύμπτωση θεωρίας και παρατηρήσεων επιτρέπει να προσδιορίσουμε ποσοτικά πολλά βασικά χαρακτηριστικά του Σύμπαντος. Οι θέσεις των μεγίστων αντιπροσωπεύει συντονισμούς Η θέση του πρώτου μέγιστου μας πληροφορεί για την καμπυλότητα (και πόση ύλη υπάρχει στο σύμπαν ), Δεύτερη κορυφή : βαρυονική πυκνότητα, Τρίτη κορυφή : πυκνότητα σκοτεινής ύλης, η διαφορά πρώτου από το δεύτερο για το ποσοστό της βαρυονικής ύλης. CMB Anisotropy H θεωρία προβλέπει ότι το μέγιστο θα εμφανιστεί για l = 200, εάν η γεωμετρία του Σύμπαντος είναι Ευκλείδεια. Οι διακυμάνσεις για l>300 οφείλονται στις αρμονικές.

32 Ηχητικά κύματα Κατά την εξέλιξη του πρώιμου Σύμπαντος, η ύλη/ενέργειά του παλλόταν από ακουστικά κύματα ενός βασικού μήκους κύματος (της βασικής αρμονικής) και των υποπολλαπλασίων του των ανώτερων αρμονικών, που αφενός μεν αποτέλεσαν τις περιοχές συμπύκωνσης της ύλης ώστε να δώσουν αργότερα τους γαλαξίες και αφετέρου αποτυπώθηκαν στην Κοσμική Ακτινοβολία Υποβάθρου. Μετά τον πληθωρισμό η βασική συχνότητα ταλάντωσης συμπίεσε κάποιες περιοχές του πλάσματος και αραίωσε άλλες προκαλώντας την θερμοκρασία από το CMB να φτάσει σε μέγιστο (μπλέ ) και ελάχιστο (κόκκινο). Αν έχουμε μικρούς λόφους και κοιλάδες στην πυκνότητα της ενέργειας νωρίς στο σύμπαν, από την ηχητική έκρηξη η ύλη θα τείνει να πέσει σε κοιλάδες, τελικά παράγοντας πυκνότερες περιοχές που αργότερα θα γίνουν οι θέσεις των γαλαξιών. Έτσι η Κοσμική Ακτινοβολία Μικροκυμάτων έχει γραμμένη μέσα της την αρχέγονη κοσμική μουσική, με τη βασική νότα της και τις αρμονικές της, που δονούσαν το αδιαμόρφωτο ακόμη Σύμπαν και καθόρισαν τη μετέπειτα δομή του. Και ο ανθρώπινος πολιτισμός μπορεί πια να αφουγκραστεί τον απόηχο αυτής της αρχέγονης κοσμικής μουσικής.

33 Τι «είδε» το Planck Η CMB δεν είναι ακριβώς ίδια προς όλες τις διευθύνσεις εμφανίζει πολύ μικρές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις ανισοτροπίες της τάξης 10 5 Κ μκ Αυτές οι πολύ μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας είναι τα αποτυπώματα των πολύ μικρών ανοσοτροπιών των «σπόρων», που με τις μετέπειτα συμπυκνώσεις της ύλης με την δράση και της βαρύτητας δημιουργήθηκαν οι γαλαξίες. Επομένως βλέπουμε πολύ πιο νωρίς στο σχηματισμό του σύμπαντος από ότι με οποιοδήποτε άλλο τηλεσκόπιο ή άλλο σύγχρονο μέσο δεδομένου ότι αυτή η ακτινοβολία δημιουργήθηκε μόλις 380 χιλιάδες χρόνια μετά το Big Bang, και πολύ πριν τον σχηματισμό των γαλαξιών. H βαρύτητα είναι καμπύλωση του χωρόχρονου Πρακτικά η καμπύλωση μετράται από το μέγεθος των κηλίδων στους χάρτες CMB. Όσο μεγαλύτερη είναι η καμπυλότητα τόσο μικρότερο είναι το φυσικό μέγεθος των spots 18μΚ

34 Tι «είδε» το Planck Μέσα από προσεκτική εξέταση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας της Κοσμικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου μπορούμε να μάθουμε σημαντικά στοιχεία για το σύμπαν για την γεωμετρία του, για το περιεχόμενο της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας. Λιγότερη σκοτεινή ενέργεια, περισσότερη σκοτεινή ύλη και λίγο περισσότερη συνηθισμένη ύλη Ενώ μέχρι τώρα εθεωρείτο πως το σύμπαν συνίσταται από 72,8% σκοτεινή ενέργεια, 22,7% σκοτεινή ύλη και 4,5% συνηθισμένη ύλη (απ αυτή που είμαστε φτιαγμένοι!), σύμφωνα με τα νέα αποτελέσματα του Planck, η σκοτεινή ενέργεια αντιπροσωπεύει το 68,3%,, η σκοτεινή ύλη το 26,8% και 4,9% η γνωστή μας ύλη. Προσδιορίζεται μια τιμή της σταθεράς του Hubble μικρότερη σε σχέση με τις προηγούμενες εκτιμήσεις, 67.3 ±1.2 km/s/mpc Η νέα εκτίμηση για την ηλικία του σύμπαντος είναι 13,81 δισεκατομμύρια χρόνια. Το σύμπαν είναι 80 εκατομμύρια χρόνια μεγαλύτερο, σε σχέση με την προηγούμενη εκτίμηση. Ο αριθμός των ειδών νετρίνων είναι (3,3 ± 0.3) και βρίσκεται σε συμφωνία με τις προβλέψεις της σωματιδιακής φυσικής.

35 Σημερινή κατάσταση Από τις μικρές αρχικά τυχαίες τοπικές συγκεντρώσεις της ύλης δημιουργήθηκαν μετά από 3 δισεκατομμύρια χρόνια οι ραδιογαλαξίες και τα κβάζαρς και μετά από 8 δισεκατομμύρια χρόνια οι γαλαξίες. Στο εσωτερικό των γαλαξιών από μικρότερες συμπυκνώσεις ύλης θα σχηματιστούν στη συνέχεια η πρώτη και κατόπιν η δεύτερη γενιά των αστέρων και 9 δισεκατομμύρια Χρόνια μετά το ΒΒ δημιουργείται το Ηλιακό Σύστημα δισεκατομμύρια χρόνια μετά φτάνουμε στο Σήμερα με τα μεγάλα ερωτηματικά να παραμένουν. Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη ουσία που μπορούμε να την δούμε μόνο μέσα από τα αποτελέσματα της βαρύτητας της, ενώ η σκοτεινή ενέργεια ωθεί το σύμπαν μας προς την επέκταση. Η εικόνα για ένα ομογενές και ισότροπο σύμπαν δεν ταιριάζει αρκετά με την εικόνα μετά το Planck. Tο καθιερωμένο πρότυπο χρειάζεται να συμπληρωθεί.

36 Το μέλλον του σύμπαντος Μια σημαντική παράμετρος στη μοίρα της θεωρίας του σύμπαντος είναι η παράμετρος πυκνότητας, ωμέγα (Ω), που ορίζεται ως η μέση πυκνότητα της ύλης του σύμπαντος Κλειστό σύμπαν Εάν Ω> 1, τότε η γεωμετρία του χώρου είναι κλειστή, όπως η επιφάνεια μιας σφαίρας. Σε ένα κλειστό σύμπαν η βαρύτητα επικρατεί έναντι της σκοτεινής ενέργειας και σταματά τελικά την διαστολή του σύμπαντος, μετά την οποία αρχίζει να συστέλλεται μέχρι ότου όλη η ύλη στο σύμπαν καταρρέει σε ένα σημείο, η τελική μοναδικότητα ονομάζεται το "Big Crunch", το αντίθετο από το Big Bang. Ανοικτό σύμπαν Εάν Ω <1, η γεωμετρία του χώρου είναι ανοιχτή, δηλαδή, σαν αρνητικά κυρτή επιφάνεια της σέλας. Η γεωμετρία ενός τέτοιου σύμπαντος είναι υπερβολική. Με αρνητική κυρτότητα το σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα, με τη βαρύτητα μόλις επιβραδύνοντας το ρυθμό της διαστολής. Με τη σκοτεινή ενέργεια, η επέκταση όχι μόνο συνεχίζει, αλλά επιταχύνει. Η τελική μοίρα ενός ανοικτού σύμπαντος είναι είτε καθολικός θερμικός θάνατος, το "Big Freeze", ή το "Big Rip", όπου η επιτάχυνση που προκαλείται από τη σκοτεινή ενέργεια γίνεται τελικά τόσο ισχυρή που καταβάλλει πλήρως τα αποτελέσματα της βαρυτικής. Επίπεδο σύμπαν Αν η μέση πυκνότητα του σύμπαντος είναι ίση ακριβώς την κρίσιμη πυκνότητα, έτσι ώστε Ω = 1, τότε η γεωμετρία του σύμπαντος είναι επίπεδη: όπως στην Ευκλείδεια γεωμετρία Ένα επίπεδο σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα, αλλά με ρυθμό συνεχώς επιβραδυνόμενους, με επέκταση πουασυμπτωτικά προσεγγίζει το μηδέν. Η τελευταία μοίρα του σύμπαντος είναι το ίδιο με ένα ανοιχτό σύμπαν. ρ (Παρατηρούμενη πυκνότητα) Ω M = (Κρίσημαη πυκνότητα) ρ c Μετρήσεις από WMAP έχουν επιβεβαιώσει το σύμπαν είναι επίπεδο με μόνο ένα περιθώριο 0,4% του λάθους

37 Το μέλλον του σύμπαντος Πρακτικά η καμπύλωση μετράται από το μέγεθος των κηλίδων στους χάρτες CMB, γιατί η βαρύτητα δρα σα μεγεθυντικός φακός σ αυτές. Συγκρίνοντας το φαινόμενο μέγεθος των κηλίδων με το πραγματικό αναμενόμενο μέγεθος μπορούμε να αποφανθούμε για την καμπυλότητα του σύμπαντος. Όσο μικρότερο είναι το φυσικό μέγεθος των κηλίδων, τόσο μεγαλύτερη είναι η καμπυλότητα

38 Μέτρηση Καμπύλωσης Αν το σύμπαν είναι κλειστό, οι ακτίνες φωτός από δύο αντίθετες πλευρές μιας θερμής κηλίδας καμπυλώνονται η μια προς την άλλη με αποτέλεσμα με αποτέλεσμα η θερμή κηλίδα να φαίνεται πιο μεγάλη από ότι πραγματικά είναι. Αν το σύμπαν είναι επίπεδο, οι ακτίνες φωτός από δύο αντίθετες πλευρές μιας θερμής κηλίδας δεν καμπυλώνονται καθόλου οπότε η θερμή κηλίδα εμφανίζεται σ εμάς όπως πραγματικά είναι. Αν το σύμπαν είναι ανοικτό, οι ακτίνες φωτός από δύο αντίθετες πλευρές μιας θερμής κηλίδας καμπυλώνονται απομακρυνόμενες η μια από την άλλη και η θερμή κηλίδα μας εμφανίζεται μικρότερη από ότι πραγματικά είναι.

39 Some say the world will end in fire. Some say in ice... Robert Frost Αμερικανός ποιητής Το μέλλον του σύμπαντος Πηγές: Ε. Ν. Οικονόμου: «Από τα κουάρκ μέχρι το Σύμπαν» Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης html

40 Γιώργος Νικολιδάκης ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ