Anul acesta, pe data de 21 martie, s-au publicat rezultatele misiunii de cercetare Planck a European Space Agency (ESA), iar rezultatele sale nu numai că aduc date noi şi importante pentru astrofizicieni, dar vin şi cu câteva surprize. Detalii, în continuare.
Planck este al treilea satelit de felul său şi primul lansat de ESA, celelalte aparţinând NASA. Predecesorii săi, COBE (COsmic Background Explorer) şi WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Map) au creat hărţi cu o rezoluţie din ce în ce mai mare, culminând cu Planck, care se mândreşte cu o rezoluţie la limita posibilităţilor fizice, fiind improbabil ca aceasta să fie îmbunătăţită vreodată. "Planck este ca un Ferrari al misiunilor pentru studierea Radiaţiei Cosmice de Fond", precizează Krisztof Gorski, cercetător american la Jet Propulsion Laboratory. "Îmbunătăţeşti tehnologia pentru a obţine rezultate mai precise. Pentru o maşină asta înseamnă o viteză mai mare şi câştigarea de curse. Pentru Planck înseamnă obţinerea unei sumedenii de date spectaculoase, care folosite de astronomi aduc o înţelegere mai amănunţită a proprietăţilor şi istoriei Universului".
Această imagine ilustrează evoluţia sateliţilor proiectaţi pentru a măsura radiaţia remanentă după Big Bang imediat după naşterea Universului, în urmă cu 13,8 miliarde de ani. Denumită radiaţie cosmică de fond, aceasta scoate la lumină o serie de informaţii despre naşterea, istoria, soarta şi ingredientele Universului. Credit: Wikimedia Commons
Scopul principal al misiunii Planck este acela de a alcătui o imagine a Universului la 380000 de ani de la Big Bang. La acest moment de timp Universul consta într-o conglomerare de atomi şi radiaţie. Gravitaţia abia începea să adune aceşti atomi în ceea ce aveau să devină stele şi galaxii. Planck măsoară intensitatea radiaţiei cosmice de fond emise de aceste grupări de atomi. Această radiaţie prezintă mici variaţii de o parte la 100000 (1:100000), numite anizotropii, faţă de temperatura ei caracteristică medie care este 2,725 kelvini. Micile variaţii sunt rezultatul amprentelor lăsate de unde sonore, datorate fluctuaţiilor cuantice din Univers în primele momente de la formarea sa. Aceste amprente apar ca pete pe harta Planck şi reprezintă fundaţia pe care aglomerările actuale de materie, cum ar fi stelele şi galaxiile, s-au format.
Radiaţia cosmică de fond, "văzută" de satelitul Planck. Credit: ESA
Materia întunecată, energia întunecată şi expansiunea Universului. De la WMAP la Planck
Majoritatea materiei din Univers este sub formă de materie întunecată, un tip misterios de materie care interacţionează slab cu materia normală. Cu toate că există mai multe teorii referitoare la acest tip de materie, totuşi ea nu a fost încă pusă în evidenţă. Mai mult, faptul că expansiunea Universului accelerează sugerează existenţa unui fel exotic de energie care întrepătrunde întreg spaţiul, aceasta fiind numită energie întunecată. În jur de 96% din conţinutul Universului consistă din aceste două entităţi, oamenii de ştiinţă neputând să înţeleagă în totalitate niciuna din acestea.
Expansiunea Universului este descrisă de constanta lui Hubble, având unitatea de măsură kilometri/secundă/megaparsec (1 Mpc=3260000 de ani-lumină). Astfel ne putem da seama că această constantă măsoară panta creşterii vitezei în funcţie de distanţa faţă de noi. Valoarea uniform acceptată înainte de Planck era de 71, valoarea aflată de WMAP. Valoarea dată de Planck este de 67.15, considerabil mai mică decât cea măsurată anterior. Această diferenţă corespunde unei diferenţe de 0.1 miliarde de ani în vârsta Universului, noua valoare acceptata fiind aceea de 13,8 miliarde de ani.
O altă diferenţă dintre cele două instrumente (Planck şi WMAP) se găseşte în valorile pentru conţinutul de materie normală şi materie întunecată din Univers. Astfel, conţinutul de materie întunecată creşte de la 24% la 26,8%, iar cel de materie normală creşte de la 4,6% la 4,9%. Ca urmare, procentul de energie întunecată scade de la 71,4 la 68,3. Planck infirmă şi una din teoriile care încearcă să explice natura materiei întunecate, conform căreia aceasta constă într-un al patrulea tip de neutrino, mult mai masiv decât celelalte trei.
Reţeta cosmică (ingredientele Universului) înainte şi după misiunea Planck. Credit: ESA
Vârsta, conţinutul şi alte caracteristici fundamentale ale Universului sunt desprinse dintr-un model simplu, numit modelul standard al cosmologiei. Aceste noi date le-au permis oamenilor de ştiinţă să testeze şi să îmbunătăţească acest model, dar totuşi există încă detalii care nu se încadrează în înţelegerea noastră asupra Universului. De exemplu, distribuţia radiaţiei este asimetrică pe două jumătăţi de cer şi există o pată care este mai mare decât este de aşteptat (vezi imaginea de mai jos).
Credit: ESA.
"Pe de o parte, avem un model care se pliază pe observaţiile noastre extrem de bine, dar pe de altă parte, vedem nişte elemente care ne forţează să regândim câteva din postulatele noastre de bază," a spus Jan Tauber, om de ştiinţă în proiectul Planck al European Space Agency. "Acesta este începutul unei noi călătorii şi ne aşteptăm că analiza noastră continuă a datelor furnizate de Planck ne va ajuta să ne iluminăm asupra acestei inconsistenţe".
Observaţiile lui Planck şi inflaţia
Inflaţia este teoria conform căreia Universul a început, la câteva momente de la Big Bang, o perioadă de expansiune rapidă, posibil cu o viteză mai mare decât cea a luminii. Teoria este necesară pentru a explica de ce părţi diferite din Univers sunt atât de similare din punct de vedere al radiaţiei cosmice de fond. Astfel, Universul timpuriu, omogen, s-a extins foarte mult, extrem de rapid, păstrându-şi omogenitatea. Planck confirmă în mare parte inflaţia, în acelaşi timp infirmând câteva din modelele care o explică. Noua hartă sugerează că materia din Univers este distribuită la întâmplare, astfel favorizând teoriile inflaţioniste simple faţă de cele mai complexe, prin faptul că sugerează că nişte procese întâmplătoare aveau loc în Universul timpuriu la nivel cuantic.
Noi date de la Planck, cum ar fi polarizarea diferitelor regiuni din radiaţia cosmică de fond vor veni în 2014. Rezerva de heliu lichid a satelitului se va epuiza la scurt timp şi misiunea sa va lua sfârşit. Datele sale îi vor ţine însă pe astronomi ocupaţi mult timp după aceasta.
Bibliografie:
arstechnica.com
nasa.gov
theguardian.com
esa.int
