Древний свет
Модель успешно объясняет многие свойства Вселенной, но когда астрономы измерили флуктуации температуры реликта, возникли проблемы. Для космологов реликтовое излучение - важнейший инструмент исследования самых крупномасштабных характеристик Вселенной, самый древний свет, возникший всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, когда быстрое расширение и охлаждение Вселенной привело к превращению плотной непрозрачной плазмы в прозрачный газ. Пропутешествовав 14 млрд. лет, реликтовое излучение показывает нам сегодня картину ранней Вселенной. Придя от самых дальних рубежей, оно представляет снимок Вселенной в ее наиболее крупном масштабе.
В 1965 г. Арно Пензиас (Arno Penzias) и Роберт Вильсон (Robert Wilson) из Bell Laboratories первыми обнаружили реликтовое излучение и измерили его температуру. Сегодня ученые заняты выявлением флуктуаций, т.е. различий в температуре (анизотропия) данного излучения, приходящего от разных областей неба. Они и отражают флуктуации плотности в ранней Вселенной.
В 1992 г. спутник COBE (Cosmic Background Explorer) впервые измерил эти флуктуации; позже спутник WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) помог составить карты с высоким разрешением.
С помощью моделей типа ICDM невозможно предсказать точную картину флуктуаций, но можно рассчитать их статистические свойства, такие как средний размер и диапазон размеров. Некоторые из этих характеристик дает не только модель ICDM, но и другие простейшие инфляционные модели, разработанные физиками в прежние годы в качестве возможной альтернативы. Поскольку такие свойства прогнозируются различными инфляционными моделями, их считают "общими" предсказаниями инфляции. Если теория инфляции в принципе верна, то они должны выполняться независимо от тонких деталей конкретной модели. Если бы одно из таких предсказаний не оправдалось, то теории инфляции был бы нанесен серьезный удар. Проверить это можно, измеряя аномалии реликтового излучения.
Предсказания теории лучше всего видны при разложении температурных флуктуаций в спектр по модам, называемым сферическими гармониками; это напоминает разложение музыкального звука на отдельные ноты (см. врезку ниже). Пока колебания плотности не выросли и не превратились в галактики, их можно рассматривать как звуковые волны во Вселенной. Если разложение на отдельные моды кажется вам загадочным, то вспомните аналогию с оркестром: каждая мода - отдельный инструмент, а вся температурная карта небесной сферы - полное звучание целого оркестра.
Первое из общих предсказаний теории инфляции о флуктуациях реликтового излучения - их статистическая изотропия. Иными словами, в распределении флуктуаций по небу не должно проявляться предпочтительного направления - ни ранее известного (например, направления земной оси), ни определенного самим излучением.
Теория инфляции предсказывает также, что в диапазоне возможных значений амплитуда каждой моды (по нашей аналогии - громкость каждого инструмента в оркестре) должна быть случайной. В частности, распределение вероятностей имеет колоколообразную форму, называемую гауссианой. Некоторая средняя амплитуда в данном случае наиболее вероятна - это пик кривой. Но есть и отличные от нее амплитуды, правда, чем больше отличие, тем меньше ее вероятность. Каждая мода имеет свое гауссово распределение, ширина которого (т.е. ширина основания колокола) указывает, какая мощность (сколько звука) приходится на данную моду.
Теория инфляции утверждает, что амплитуды всех мод должны иметь гауссово распределение с почти одинаковой шириной, поскольку инфляция, приводящая к экспоненциальному расширению Вселенной, подобно космическому утюгу, разглаживает все следы любых характерных масштабов. Итоговый спектр мощности называют плоским из-за отсутствия у него каких-либо особенностей. Существенные отклонения от плоского спектра должны быть только у тех мод, которые возникли либо в самом начале, либо в конце инфляции.
Микроволновое изображение неба получено спутником WMAP в K-полосе (23 ГГц, вверху), W-полосе (94 ГГц, внизу) и в трех других полосах спектра (не показаны). Полная небесная сфера в проекции представлена эллипсом, как географическая карта. Горизонтальная красная область - излучение Млечного Пути. Подобное излучение переднего плана изменяется с переходом от одной полосы спектра к другой, что позволяет отделять его от фонового реликтового излучения.
если интересно можно прочитать в
http://www.sciam.ru/2005/11/cosmology.shtml
............. ...................................................
......................... .......................................
..................................... ...........................
# ОБЗОР: НЕБЕСНЫЙ ДИССОНАНС Теория инфляционной модели c -членом и холодным темным веществом объясняет многие свойства Вселенной. Но при анализе некоторых наблюдательных данных у нее обнаружились серьезные проблемы.
# При изучении космического микроволнового фона возникли вопросы. Пространственные флуктуации этого реликтового излучения астрономы разделили на отдельные моды, подобно инструментам в оркестре. В рамках этой аналогии оказалось, что в "небесном оркестре" контрабас и туба играют не в лад, да еще и слишком тихо.
# Данные наблюдений могут быть искажены, например, присутствием газа у границ Солнечной системы. Но даже в этом случае некоторые выводы теории инфляции ставятся под сомнение.
ОБ АВТОРАХ :
Гленн Старкман (Glenn D. Starkman) и Доминик Шварц (Dominik J. Schwarz) с 2003 г. работали в CERN. Старкман - профессор Центра образования и исследований по космологии и астрофизике факультетов физики и астрономии Университета Западного резервного района. Шварц занялся космологией после окончания Венского технологического университета. Преподает в университете г. Билефельд (Германия). Его основной научный интерес - вещество Вселенной в ранний период эволюции.