Teleskopas Plankas, 2010-aisiais išskridęs iš Žemės į antrąjį Saulės-Žemės Lagranžo tašką, dvejus metus matavo kosminės foninės spinduliuotės intensyvumą ir variacijas. Paskui dar kurį laiką tęsėsi rezultatų analizė, o šiandien paskelbti pagrindiniai duomenys. Tie duomenys – net 29 straipsniai. Visų jų neskaičiau (ne visi ir svarbūs bendram įspūdžiui susidaryti), bet šį tą permetęs akimis pasidalinsiu. Kol kas labai trumpai, vėliau gal papildysiu. Daug kur remiuosi PhysicsWorld straipsnio informacija.

Kosmologinis modelis vis dar veikia

Planko rezultatai visiškai atitinka Didžiojo sprogimo kosmologinės teorijos ir standartinio (konkordacinio) kosmologinio modelio prognozes. Tai yra puikus patvirtinimas ir bendrosios reliatyvumo teorijos, ir jos sprendinio FRLW metrikos, kurie yra neatsiejamos kosmologinio modelio dalys, tiksliau sakant – jo pagrindai. Šio straipsnio 37-oje iliustracijoje parodyti spinduliuotės svyravimų galios spektro duomenys (taškai) ir kosmologinio modelio prognozė (ištisinė linija ir melsvas plotas kairėje); kaip matome, atitikimas idealus.

Visatos erdvė – plokščia

Kosminės foninės spinduliuotės stebėjimai yra geriausias būdas nustatyti Visatos erdvės geometriją, nes spinduliuotės struktūros labai smarkiai nuo jos priklauso. Jau WMAP rezultatai rodė, kad santykinis kreivumo „energijos tankis“ (erdvės kreivumą galima išreikšti kaip papildomą energijos dėmenį) yra nedidelis, o nauji rezultatai dar labiau sumažina paklaidų ribas (žr. šio straipsnio 21-o pav. pirmą eilutę ir 25 pav., kuriame nulinį kreivumą žymi punktyrinė linija).

Patikslinti kosmologiniai parametrai

Standartinis kosmologinis modelis remiasi šešiais parametrais (kokiais konkrečiai – priklauso nuo to, kokio kosmologo paklausite, nes kai kurie parametrai gali būti kaitaliojami tarpusavyje). Turint omeny, kiek daug būdų yra šiems parametrams nustatyti (kosminė foninė spinduliuotė, supernovos, galaktikų spiečiai ir taip toliau) ir kiek duomenų kiekvienu būdu galima gauti, tiek parametrų yra labai nedaug. Visgi šie parametrai iš principo yra laisvai parenkami – teorija nenurodo, kokios turėtų būti jų vertės. Taigi kiekvienus stebėjimus galima panaudoti parametrų patikslinimui. Tai padaryta ir dabar. Gauti rezultatai tokie: tamsiosios energijos santykinis tankis yra 68% (WMAP rodė, kad 73%), bendras materijos tankis – 32% (WMAP – 27%), regimosios materijos – 4,9% (WMAP – 4%), Hablo parametras – 67 km/s/Mpc (WMAP – 72 km/s/Mpc). Matome, kad skaičiai šiek tiek pakito, bet visi rezultatai yra vieni kitų paklaidų ribose, taigi iš esmės prieštaravimo tarp WMAP ir Planko rezultatų nėra. Kitų stebėjimų rezultatai irgi neprieštarauja Planko duomenims.

Modelio išplėtimas?

Vienas įdomus rezultatas matomas šio straipsnio 36-oje iliustracijoje. Ten parodyti tamsiosios energijos būvio lygties evoliucijos parametrų rezultatai. Standartiniame kosmologiniame modelyje daroma prielaida, kad tamsiosios energijos būvio lygtis – sąryšis tarp tankio ir slėgio – nekinta. Bendru atveju ji išreiškiama taip: p = wρc^2. w yra parametras, kuris standartiniame modelyje lygus -1, o bendru atveju gali priklausyti nuo laiko. Išplėtus kosmologinį modelį papildoma būvio lygties evoliucija w = w_0+w_a(1-a), kur a yra kosmologinis mastelio faktorius (lygus 1 dabar ir 0 Didžiojo sprogimo metu), galime iš foninės spinduliuotės rezultatų apskaičiuoti šių dviejų parametrų vertes. Anksčiau rezultatai rodė, kad w_0 nesiskiria nuo -1, o w_a – nuo nulio, tiksliau sakant statistinė skirtumo reikšmė neviršijo vienos sigmos. Planko rezultatai dar irgi teigia tą patį, bet pridėjus prie jų supernovų sprogimų stebėjimų duomenis (mėlynos dėmės toje iliustracijoje) matome, kad standartinio kosmologinio modelio vertės yra atmetamos jau geriau, nei dviejų sigmų patikimumu.

Ką tai reiškia? Ne, kosmologinis modelis nepaneigtas :) Tiesiog gali būti, kad jį reikės papildyti nauju parametru. Kadangi apie tamsiosios energijos savybes kol kas beveik nieko nežinome, šie rezultatai padės atmesti kai kuriuos modelius. Pavyzdžiui, atrodo, kad nebegalima tamsiosios energijos laikyti tiesiog matematine konstanta.

Kosmologinio principo teisingumas

Dar viena keistenybė rezultatuose matome galios spektro (37-a iliustracija čia) kairėje dalyje, kur vaizduojami svyravimai dideliais masteliais (skirtumai tarp toli nutolusių dangaus dalių). Nors visi taškai patenka į kosmologinio modelio prognozių ribas, o jų paklaidos – gana didelės, visgi matome nemažus skirtumus tarp gretimų taškų. Skirtumų priežasties kol kas nežinome, tačiau jei ateityje paaiškės, kad jie tikrai egzistuoja, reikės rimtai permąstyti kosmologinio principo teisingumą. Šis principas teigia, kad Visata yra vienoda visomis kryptimis ir visose vietose (žiūrint pakankamai dideliu masteliu). Bet atrodo, kad foninė spinduliuotė nėra visomis kryptimis vienoda nepriklausomai nuo pasirinkto mastelio.

Blogiausiu atveju tokie rezultatai gali reikšti, kad kosmologinį modelį reikės keisti iš esmės. Galbūt infliacija vyko ne visomis kryptimis vienodai? Gal mūsų Visata sąveikauja su kitomis? O gal FRLW metrika netinkama aprašyti Visatai?.. Visgi manau, kad tokių drastiškų priemonių neprireiks, o paaiškinimas tokiems netolygumams bus atrastas žymiai paprastesnis, nereikalaujantis egzotiškų pokyčių fizikos dėsniuose. Nes visgi kosmologinis modelis, paremtas galbūt ne idealiai teisingu kosmologiniu principu, kol kas veikia labai labai gerai.

Na ir užteks

Šiam kartui tiek. Kaip minėjau, rytoj galbūt papildysiu, pasikalbėjęs su kolegomis ir pasiklausęs jų komentarų.

Laiqualasse