Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
В космології, баріонні акустичні осциляції (БАО) — це флуктуації густини видимої баріонної матерії (звичайної матерії) у Всесвіті, що викликані акустичними хвилями густини в первинній плазмі у ранньому Всесвіті. Так само, як наднові типу Ia є стандартними свічками для астрономів та космологів, згущення матерії внаслідок БАО є «стандартною лінійкою» для відстаней в космології. Довжина цієї стандартної лінійки визначається максимальною відстанню, яку акустичні хвилі подолали в первинні плазмі до того як плазма охолола внаслідок Габблівського розширення до температури рекомбінації в нейтральні атоми, що зупинило поширення хвиль та «вморозило» їх у простір. Довжина цієї стандартної лінійки (≈490 мільйонів світлових років в сьогоднішньому Всесвіті)) може бути виміряна за великомасштабною структурою розподілу матерії у Всесвіті за допомогою каталогів галактик. Вивчення та вимірювання БАО допомагає уточнити параметри стандартної космологічної моделі (моделі Лямбда-CDM).
Ранній Всесвіт складався з гарячої щільної плазми електронів і баріонів (до яких належать протони та нейтрони). Фотони (легкі частинки), що подорожують у цьому Всесвіті, фактично були захоплені, нездатні подолати будь-яку значну відстань до взаємодії з плазмою через томсонівське розсіювання. Середня відстань, яку може пройти фотон до взаємодії з плазмою, відома як довжина вільного пробігу фотона. Коли Всесвіт розширювався, плазма охолола до температури нижче 3000 К — достатньо низької енергії, щоб електрони та протони в плазмі могли об’єднатися, утворивши нейтральні атоми водню. Рекомбінація сталася, коли Всесвіту було приблизно 379 000 років, або при червоному зміщенні z = 1089. Фотони набагато меншою мірою взаємодіють з нейтральною матерією, і тому при рекомбінації Всесвіт став прозорим для фотонів, що дозволило їм відокремитися від матерії та вільно проходити через Всесвіт. Космічне мікрохвильове фонове (CMB) випромінювання — це світло, яке випромінювалося після рекомбінації, тепер ми бачимо його за допомогою наших телескопів як радіохвилі по всьому небу, оскільки воно має червоний зсув. Тому, дивлячись, наприклад, на Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), можна просто озирнутися в минуле, щоб побачити зображення Всесвіту, коли йому було лише 379 000 років.
WMAP вказує на гладкий, однорідний Всесвіт з анізотропією щільності 10 частин на мільйон. Однак у сучасному Всесвіті існують великі структури та коливання щільності. Галактики, наприклад, у мільйон разів щільніші за середню щільність Всесвіту. Сучасне переконання полягає в тому, що Всесвіт був побудований за принципом «знизу вгору», тобто невеликі анізотропії раннього Всесвіту діяли як гравітаційні зерна для структури, яка спостерігається сьогодні. Надщільні області притягують більше матерії, тоді як області з недостатньою щільністю притягують менше, і, таким чином, ці невеликі анізотропії, які спостерігаються в CMB, стали великомасштабними структурами у Всесвіті сьогодні.
Космічний звук
Розглянемо надщільну область первісної плазми. У той час як ця область надмірної щільності гравітаційно притягує до себе матерію, тепло взаємодії фотонів із речовиною створює великий зовнішній тиск. Ці протидіючі сили гравітації та тиску створювали коливання, які можна порівняти зі звуковими хвилями, що виникають у повітрі через різницю тиску.
Ця надщільна область містить темну матерію, баріони та фотони. Тиск призводить до сферичних звукових хвиль як баріонів, так і фотонів, які рухаються зі швидкістю трохи більше половини швидкості світла назовні від надлишку щільності. Темна матерія взаємодіє лише гравітаційно, тому вона залишається в центрі звукової хвилі, джерела надмірної щільності. Перед роз’єднанням, фотони та баріони рухалися назовні разом. Після роз’єднання фотони більше не взаємодіяли з баріонною матерією і розсіювалися. Це зменшило тиск на систему, залишивши оболонки баріонної матерії. З усіх цих оболонок, що представляють різні довжини хвиль звукових хвиль, резонансна оболонка відповідає першій, оскільки це та оболонка, яка проходить однакову відстань для всіх надщільностей перед роз’єднанням. Цей радіус часто називають звуковим горизонтом. Без тиску фотобаріонів, що рухає систему назовні, єдиною силою, що залишилася на баріони, була гравітація. Таким чином, баріони та темна матерія (залишені в центрі збурення) утворили конфігурацію, яка включала надмірну щільність речовини як у вихідному місці анізотропії, так і в оболонці на звуковому горизонті для цієї анізотропії.
Такі анізотропії зрештою стали брижами в щільності матерії, які сформували галактики. Таким чином, можна очікувати побачити більшу кількість пар галактик, розділених шкалою відстані звукового горизонту, ніж іншими шкалами довжини. Ця конкретна конфігурація матерії мала місце при кожній анізотропії в ранньому Всесвіті, і тому Всесвіт складається не з однієї звукової брижі, а з багатьох брижів, що перекриваються. Як аналогію, уявіть, що ви кидаєте багато камінців у ставок і спостерігаєте за хвильовими візерунками у воді. Неможливо спостерігати це бажане розділення галактик на шкалі звукового горизонту на око, але можна виміряти цей артефакт статистично, дивлячись на віддалення великої кількості галактик.
Стандартна лінійка
Фізика поширення баріонних хвиль у ранньому Всесвіті досить проста; в результаті космологи можуть передбачити розмір звукового горизонту під час рекомбінації. Крім того, CMB забезпечує вимірювання цієї шкали з високою точністю. Однак у період між рекомбінацією і сьогоднішнім днем Всесвіт розширювався. Це розширення добре підтверджується спостереженнями і є однією з основ моделі Великого вибуху. Наприкінці 1990-х років спостереження наднових показали, що Всесвіт не тільки розширюється, він розширюється зі зростаючою швидкістю. Краще розуміння прискорення Всесвіту або темної енергії стало одним із найважливіших питань сучасної космології. Щоб зрозуміти природу темної енергії, важливо мати різні способи вимірювання прискорення. BAO може додати до сукупності знань про це прискорення, порівнюючи спостереження звукового горизонту сьогодні (за допомогою скупчення галактик) із спостереженнями звукового горизонту під час рекомбінації (за допомогою CMB). Таким чином, BAO забезпечує вимірювальну шкалу, за допомогою якої можна краще зрозуміти природу прискорення, повністю незалежно від техніки спостережень наднових.
Сигнал BAO в Sloan Digital Sky Survey
Цифровий огляд неба Слоуна (SDSS) — це велике багатоспектральне дослідження зображень і спектроскопічного червоного зсуву за допомогою спеціального 2,5-метрового ширококутного оптичного телескопа SDSS в обсерваторії Apache Point у Нью-Мексико. Метою цього п’ятирічного дослідження було отримання зображень і спектрів мільйонів небесних об'єктів. Результатом компіляції даних SDSS є тривимірна карта об’єктів у найближчому Всесвіті: каталог SDSS. Каталог SDSS надає картину розподілу матерії у досить великій частині Всесвіту, щоб можна було шукати сигнал BAO, відзначаючи, чи існує статистично значуща надлишок галактик, розділених прогнозованою відстанню звукового горизонту.
Команда SDSS розглянула вибірку з 46 748 світних червоних галактик (LRG), понад 3816 квадратних градусів неба (приблизно п’ять мільярдів світлових років у діаметрі) і до червоного зміщення z = 0,47. Вони проаналізували кластеризацію цих галактик шляхом обчислення двоточкової кореляційної функції даних. Кореляційна функція (ξ) є функцією відстані між галактиками ( s ) і описує ймовірність того, що одна галактика буде знайдена на заданій відстані від іншої. Можна було б очікувати високу кореляцію галактик на малих відстанях поділу (через грудкувату природу формування галактик) і низьку кореляцію на великих відстанях поділу. Сигнал BAO буде проявлятися як нерівність у кореляційній функції на відстані, що дорівнює звуковому горизонту. Цей сигнал був виявлений командою SDSS у 2005 році. SDSS підтвердив результати WMAP, що звуковий горизонт ~150 Мпк у сучасному всесвіті.
Виявлення в оглядах інших галактик
Колаборація 2dFGRS і колаборація SDSS повідомили про виявлення сигналу BAO в спектрі потужності приблизно в той самий час у 2005 році. Обидві команди визнані спільнотою за відкриття, про що свідчить премія Шоу з астрономії 2014 року, яка була присуджена обом групам. Відтоді було повідомлено про подальші виявлення в огляді галактик 6dF (6dFGS) у 2011 році, WiggleZ у 2011 році та BOSS у 2012 році
Примітки
- Perlmutter, S. та ін. (1999). Measurements of Ω and Λ from 42 High‐Redshift Supernovae. The Astrophysical Journal. 517 (2): 565—586. arXiv:astro-ph/9812133. Bibcode:1999ApJ...517..565P. doi:10.1086/307221.
- Eisenstein, D. J. (2005). Dark energy and cosmic sound. . 49 (7–9): 360. Bibcode:2005NewAR..49..360E. doi:10.1016/j.newar.2005.08.005.
- Eisenstein, D. J. та ін. (2005). Detection of the Baryon Acoustic Peak in the Large‐Scale Correlation Function of SDSS Luminous Red Galaxies. The Astrophysical Journal. 633 (2): 560—574. arXiv:astro-ph/0501171. Bibcode:2005ApJ...633..560E. doi:10.1086/466512.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
V kosmologiyi barionni akustichni oscilyaciyi BAO ce fluktuaciyi gustini vidimoyi barionnoyi materiyi zvichajnoyi materiyi u Vsesviti sho viklikani akustichnimi hvilyami gustini v pervinnij plazmi u rannomu Vsesviti Tak samo yak nadnovi tipu Ia ye standartnimi svichkami dlya astronomiv ta kosmologiv zgushennya materiyi vnaslidok BAO ye standartnoyu linijkoyu dlya vidstanej v kosmologiyi Dovzhina ciyeyi standartnoyi linijki viznachayetsya maksimalnoyu vidstannyu yaku akustichni hvili podolali v pervinni plazmi do togo yak plazma oholola vnaslidok Gabblivskogo rozshirennya do temperaturi rekombinaciyi v nejtralni atomi sho zupinilo poshirennya hvil ta vmorozilo yih u prostir Dovzhina ciyeyi standartnoyi linijki 490 miljoniv svitlovih rokiv v sogodnishnomu Vsesviti mozhe buti vimiryana za velikomasshtabnoyu strukturoyu rozpodilu materiyi u Vsesviti za dopomogoyu katalogiv galaktik Vivchennya ta vimiryuvannya BAO dopomagaye utochniti parametri standartnoyi kosmologichnoyi modeli modeli Lyambda CDM Rannij Vsesvit skladavsya z garyachoyi shilnoyi plazmi elektroniv i barioniv do yakih nalezhat protoni ta nejtroni Fotoni legki chastinki sho podorozhuyut u comu Vsesviti faktichno buli zahopleni nezdatni podolati bud yaku znachnu vidstan do vzayemodiyi z plazmoyu cherez tomsonivske rozsiyuvannya Serednya vidstan yaku mozhe projti foton do vzayemodiyi z plazmoyu vidoma yak dovzhina vilnogo probigu fotona Koli Vsesvit rozshiryuvavsya plazma oholola do temperaturi nizhche 3000 K dostatno nizkoyi energiyi shob elektroni ta protoni v plazmi mogli ob yednatisya utvorivshi nejtralni atomi vodnyu Rekombinaciya stalasya koli Vsesvitu bulo priblizno 379 000 rokiv abo pri chervonomu zmishenni z 1089 Fotoni nabagato menshoyu miroyu vzayemodiyut z nejtralnoyu materiyeyu i tomu pri rekombinaciyi Vsesvit stav prozorim dlya fotoniv sho dozvolilo yim vidokremitisya vid materiyi ta vilno prohoditi cherez Vsesvit Kosmichne mikrohvilove fonove CMB viprominyuvannya ce svitlo yake viprominyuvalosya pislya rekombinaciyi teper mi bachimo jogo za dopomogoyu nashih teleskopiv yak radiohvili po vsomu nebu oskilki vono maye chervonij zsuv Tomu divlyachis napriklad na Wilkinson Microwave Anisotropy Probe WMAP mozhna prosto ozirnutisya v minule shob pobachiti zobrazhennya Vsesvitu koli jomu bulo lishe 379 000 rokiv WMAP vkazuye na gladkij odnoridnij Vsesvit z anizotropiyeyu shilnosti 10 chastin na miljon Odnak u suchasnomu Vsesviti isnuyut veliki strukturi ta kolivannya shilnosti Galaktiki napriklad u miljon raziv shilnishi za serednyu shilnist Vsesvitu Suchasne perekonannya polyagaye v tomu sho Vsesvit buv pobudovanij za principom znizu vgoru tobto neveliki anizotropiyi rannogo Vsesvitu diyali yak gravitacijni zerna dlya strukturi yaka sposterigayetsya sogodni Nadshilni oblasti prityaguyut bilshe materiyi todi yak oblasti z nedostatnoyu shilnistyu prityaguyut menshe i takim chinom ci neveliki anizotropiyi yaki sposterigayutsya v CMB stali velikomasshtabnimi strukturami u Vsesviti sogodni Kosmichnij zvukRozglyanemo nadshilnu oblast pervisnoyi plazmi U toj chas yak cya oblast nadmirnoyi shilnosti gravitacijno prityaguye do sebe materiyu teplo vzayemodiyi fotoniv iz rechovinoyu stvoryuye velikij zovnishnij tisk Ci protidiyuchi sili gravitaciyi ta tisku stvoryuvali kolivannya yaki mozhna porivnyati zi zvukovimi hvilyami sho vinikayut u povitri cherez riznicyu tisku Cya nadshilna oblast mistit temnu materiyu barioni ta fotoni Tisk prizvodit do sferichnih zvukovih hvil yak barioniv tak i fotoniv yaki ruhayutsya zi shvidkistyu trohi bilshe polovini shvidkosti svitla nazovni vid nadlishku shilnosti Temna materiya vzayemodiye lishe gravitacijno tomu vona zalishayetsya v centri zvukovoyi hvili dzherela nadmirnoyi shilnosti Pered roz yednannyam fotoni ta barioni ruhalisya nazovni razom Pislya roz yednannya fotoni bilshe ne vzayemodiyali z barionnoyu materiyeyu i rozsiyuvalisya Ce zmenshilo tisk na sistemu zalishivshi obolonki barionnoyi materiyi Z usih cih obolonok sho predstavlyayut rizni dovzhini hvil zvukovih hvil rezonansna obolonka vidpovidaye pershij oskilki ce ta obolonka yaka prohodit odnakovu vidstan dlya vsih nadshilnostej pered roz yednannyam Cej radius chasto nazivayut zvukovim gorizontom Bez tisku fotobarioniv sho ruhaye sistemu nazovni yedinoyu siloyu sho zalishilasya na barioni bula gravitaciya Takim chinom barioni ta temna materiya zalisheni v centri zburennya utvorili konfiguraciyu yaka vklyuchala nadmirnu shilnist rechovini yak u vihidnomu misci anizotropiyi tak i v obolonci na zvukovomu gorizonti dlya ciyeyi anizotropiyi Taki anizotropiyi zreshtoyu stali brizhami v shilnosti materiyi yaki sformuvali galaktiki Takim chinom mozhna ochikuvati pobachiti bilshu kilkist par galaktik rozdilenih shkaloyu vidstani zvukovogo gorizontu nizh inshimi shkalami dovzhini Cya konkretna konfiguraciya materiyi mala misce pri kozhnij anizotropiyi v rannomu Vsesviti i tomu Vsesvit skladayetsya ne z odniyeyi zvukovoyi brizhi a z bagatoh brizhiv sho perekrivayutsya Yak analogiyu uyavit sho vi kidayete bagato kaminciv u stavok i sposterigayete za hvilovimi vizerunkami u vodi Nemozhlivo sposterigati ce bazhane rozdilennya galaktik na shkali zvukovogo gorizontu na oko ale mozhna vimiryati cej artefakt statistichno divlyachis na viddalennya velikoyi kilkosti galaktik Standartna linijkaFizika poshirennya barionnih hvil u rannomu Vsesviti dosit prosta v rezultati kosmologi mozhut peredbachiti rozmir zvukovogo gorizontu pid chas rekombinaciyi Krim togo CMB zabezpechuye vimiryuvannya ciyeyi shkali z visokoyu tochnistyu Odnak u period mizh rekombinaciyeyu i sogodnishnim dnem Vsesvit rozshiryuvavsya Ce rozshirennya dobre pidtverdzhuyetsya sposterezhennyami i ye odniyeyu z osnov modeli Velikogo vibuhu Naprikinci 1990 h rokiv sposterezhennya nadnovih pokazali sho Vsesvit ne tilki rozshiryuyetsya vin rozshiryuyetsya zi zrostayuchoyu shvidkistyu Krashe rozuminnya priskorennya Vsesvitu abo temnoyi energiyi stalo odnim iz najvazhlivishih pitan suchasnoyi kosmologiyi Shob zrozumiti prirodu temnoyi energiyi vazhlivo mati rizni sposobi vimiryuvannya priskorennya BAO mozhe dodati do sukupnosti znan pro ce priskorennya porivnyuyuchi sposterezhennya zvukovogo gorizontu sogodni za dopomogoyu skupchennya galaktik iz sposterezhennyami zvukovogo gorizontu pid chas rekombinaciyi za dopomogoyu CMB Takim chinom BAO zabezpechuye vimiryuvalnu shkalu za dopomogoyu yakoyi mozhna krashe zrozumiti prirodu priskorennya povnistyu nezalezhno vid tehniki sposterezhen nadnovih Signal BAO v Sloan Digital Sky SurveyCifrovij oglyad neba Slouna SDSS ce velike bagatospektralne doslidzhennya zobrazhen i spektroskopichnogo chervonogo zsuvu za dopomogoyu specialnogo 2 5 metrovogo shirokokutnogo optichnogo teleskopa SDSS v observatoriyi Apache Point u Nyu Meksiko Metoyu cogo p yatirichnogo doslidzhennya bulo otrimannya zobrazhen i spektriv miljoniv nebesnih ob yektiv Rezultatom kompilyaciyi danih SDSS ye trivimirna karta ob yektiv u najblizhchomu Vsesviti katalog SDSS Katalog SDSS nadaye kartinu rozpodilu materiyi u dosit velikij chastini Vsesvitu shob mozhna bulo shukati signal BAO vidznachayuchi chi isnuye statistichno znachusha nadlishok galaktik rozdilenih prognozovanoyu vidstannyu zvukovogo gorizontu Komanda SDSS rozglyanula vibirku z 46 748 svitnih chervonih galaktik LRG ponad 3816 kvadratnih gradusiv neba priblizno p yat milyardiv svitlovih rokiv u diametri i do chervonogo zmishennya z 0 47 Voni proanalizuvali klasterizaciyu cih galaktik shlyahom obchislennya dvotochkovoyi korelyacijnoyi funkciyi danih Korelyacijna funkciya 3 ye funkciyeyu vidstani mizh galaktikami s i opisuye jmovirnist togo sho odna galaktika bude znajdena na zadanij vidstani vid inshoyi Mozhna bulo b ochikuvati visoku korelyaciyu galaktik na malih vidstanyah podilu cherez grudkuvatu prirodu formuvannya galaktik i nizku korelyaciyu na velikih vidstanyah podilu Signal BAO bude proyavlyatisya yak nerivnist u korelyacijnij funkciyi na vidstani sho dorivnyuye zvukovomu gorizontu Cej signal buv viyavlenij komandoyu SDSS u 2005 roci SDSS pidtverdiv rezultati WMAP sho zvukovij gorizont 150 Mpk u suchasnomu vsesviti Viyavlennya v oglyadah inshih galaktikKolaboraciya 2dFGRS i kolaboraciya SDSS povidomili pro viyavlennya signalu BAO v spektri potuzhnosti priblizno v toj samij chas u 2005 roci Obidvi komandi viznani spilnotoyu za vidkrittya pro sho svidchit premiya Shou z astronomiyi 2014 roku yaka bula prisudzhena obom grupam Vidtodi bulo povidomleno pro podalshi viyavlennya v oglyadi galaktik 6dF 6dFGS u 2011 roci WiggleZ u 2011 roci ta BOSS u 2012 rociPrimitkiPerlmutter S ta in 1999 Measurements of W and L from 42 High Redshift Supernovae The Astrophysical Journal 517 2 565 586 arXiv astro ph 9812133 Bibcode 1999ApJ 517 565P doi 10 1086 307221 Eisenstein D J 2005 Dark energy and cosmic sound 49 7 9 360 Bibcode 2005NewAR 49 360E doi 10 1016 j newar 2005 08 005 Eisenstein D J ta in 2005 Detection of the Baryon Acoustic Peak in the Large Scale Correlation Function of SDSS Luminous Red Galaxies The Astrophysical Journal 633 2 560 574 arXiv astro ph 0501171 Bibcode 2005ApJ 633 560E doi 10 1086 466512