ปริศนาที่คงอยู่ของจุดเยือกแข็งของจักรวาล

เหตุการณ์สำคัญในเวลาและอวกาศมักจะทิ้งร่องรอยที่ลบไม่ออกไว้บนจักรวาล เป็นเรื่องที่ยุติธรรมที่จะกล่าวว่าบิ๊กแบง  เหตุการณ์กลียุคที่ก่อให้เกิดเอกภพของเราเมื่อประมาณ 14 พันล้านปีก่อน ได้ทิ้งร่องรอยของมันไว้กับทุกสิ่งที่เราสังเกตเห็นในปัจจุบันอย่างไม่ต้องสงสัย เครื่องหมายที่ถาวรที่สุดคือแสงระเรื่อในรูปแบบของพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก (CMB) ซึ่งเป็นรังสีไมโครเวฟในยุคแรกเริ่มที่แผ่กระจายไป

ทั่วจักรวาล

ในช่วงสองสามแสนปีแรก เอกภพที่เกิดใหม่ของเราเป็นพลาสมาร้อนหนาแน่นที่เต็มไปด้วยนิวเคลียส อิเล็กตรอน และโฟตอน แต่เมื่อมีอายุได้ 380,000 ปี เอกภพได้ขยายตัวและเย็นลงจนต่ำกว่า 3,000 เคลวิน ทำให้อะตอมที่เป็นกลาง รวมทั้งอะตอมไฮโดรเจนก่อตัวขึ้น เนื่องจากไม่มีอิเลคตรอนอิสระ 

ในที่สุดแสงจึงกระจายไปทั่วจักรวาล (จาก “พื้นผิวของการกระเจิงครั้งสุดท้าย”) และ CMB ก็ปรากฏขึ้น รังสีที่ระลึกนี้จึงเป็นบันทึกที่สมบูรณ์แบบของจักรวาลของเราในช่วงวัยเด็ก CMB ที่เราตรวจพบในปัจจุบันถูกยืดออกไปจนเท่ากับความยาวคลื่นไมโครเวฟในปัจจุบันเนื่องจากการขยายตัวของเอกภพ

และเย็นลงจนมีอุณหภูมิเพียง 2.7 เค ร้อนและหนาวเมื่อมองแวบแรก CMB มีสเปกตรัมของวัตถุสีดำเกือบสมบูรณ์แบบ (อุณหภูมิสม่ำเสมอ) และมีลักษณะเป็นไอโซโทรปิกถึงสเกลประมาณ 10 –5 เคแต่ที่สเกลไมโครเคลวิน เราเริ่มเห็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ในรูปของความร้อน และแผ่นแปะเย็น 

โดยพื้นฐานแล้ว ความผันผวนของความหนาแน่นควอนตัมเพียงเล็กน้อยที่เกิดขึ้นเมื่อเอกภพเพิ่งถือกำเนิดขึ้น หมายความว่าสสารไม่ได้กระจายอย่างเท่าเทียมกัน ในทางกลับกัน พื้นที่บางส่วนของเอกภพมีความหนาแน่นมากกว่าส่วนอื่น ทำให้เกิดเครือข่ายสสารขนาดใหญ่ที่เรียกว่า ที่เราเห็นในปัจจุบัน 

ด้วยความผันแปรนี้ แสงที่เดินทางผ่านบริเวณที่มีประชากรหนาแน่นจะต้องเอาชนะแรงดึงดูดที่ลึกกว่านั้น จึงปรากฏเป็นสีแดง ในขณะที่แสงที่ผ่านบริเวณที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าจะปรากฏเป็นสีน้ำเงินการเพิ่มหรือลดความยาวคลื่นของโฟตอน CMB นี้สะท้อนให้เห็นเป็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิใน

ระดับ μ K กล่าวคือ 

มีความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิแอนไอโซโทรปีใน CMB กับโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพ ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงนี้ซึ่งทำให้เกิดแอนไอโซโทรปีขนาดใหญ่ของ CMB เรียกว่า ผลกระทบแซคส์-วูล์ฟ และแบ่งออกเป็นสองส่วน มีเอฟเฟ็กต์ ธรรมดา (หรือไม่ได้รวมเข้าด้วยกัน) ซึ่งใช้กับเอกภพ

ยุคแรกเท่านั้น และอธิบายถึงการเลื่อนสีแดงด้วยแรงโน้มถ่วงของแสงจากพื้นผิวที่กระเจิงครั้งสุดท้าย จากนั้นมีเอฟเฟกต์ แบบบูรณาการซึ่งขึ้นอยู่กับผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงศักย์โน้มถ่วง (เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นสสาร) ต่อโฟตอน CMB ความผันผวนในยุคดึกดำบรรพ์

ใน CMB ให้การสนับสนุนอย่างมากสำหรับทฤษฎีการพองตัวของจักรวาล ซึ่งเป็นการขยายตัวอย่างรวดเร็วอย่างยิ่งที่นักจักรวาลวิทยาเชื่อว่าเอกภพของเราเกิดขึ้นเมื่ออายุเพียง10-35วินาที ความผันผวนเหล่านี้พร้อมกับเลนส์ความโน้มถ่วง (การโค้งงอของแสงเนื่องจากสสาร ตามที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์

ทำนายไว้) และปรากฏการณ์ซุนยาเอฟ-เซลโดวิช (การบิดเบือนพลังงานในโฟตอน CMB เนื่องจากอิเล็กตรอนพลังงานสูงในดาราจักร กระจุกดาวที่พวกมันผ่าน) ช่วยเรากำหนดปริมาณสัมพัทธ์ของสสารมืดและพลังงานมืดในเอกภพ เนื่องจากมันถูกทำนายครั้งแรกโดยนักจักรวาลวิทยา 

ในช่วงปลายทศวรรษ 1940 จากนั้นจึงถูกตรวจพบโดยนักฟิสิกส์ และนักดาราศาสตร์วิทยุ ในปี 1964 (ซึ่งสองคนหลังได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกันในปี 1978) CMB ได้ให้ข้อมูลมากมายแก่ชุมชนวิทยาศาสตร์ แต่มันก็ทำให้เกิดความลึกลับและความผิดปกติบางอย่างที่น่างงงวย 

เช่น ความคลาดเคลื่อนที่มีนัยสำคัญของ CMB ที่สังเกตได้ในซีกโลกตรงข้ามของท้องฟ้าทั้งสองบางทีความลึกลับที่น่าสนใจที่สุดอาจเกี่ยวข้องกับหย่อมขนาดใหญ่และเย็นผิดปกติบน CMB ซึ่งกินพื้นที่มากกว่าพันล้านปีแสง สังเกตครั้งแรก ในปี 2004 และต่อมาได้รับการยืนยันจากดาวเทียม จุดที่เรียกว่า

“จุดเย็น CMB” 

นั้นเย็นกว่าอุณหภูมิ CMB เฉลี่ยประมาณ 70 μ K และปรากฏใน ซีกโลกใต้.แม้ว่าจะเป็นไปได้ว่าจุดเยือกแข็งอาจเกิดจากความผันผวนของความหนาแน่นในยุคแรกเริ่มที่สร้างอุณหภูมิแอนไอโซโทรปีส่วนที่เหลือของ CMB แต่ก็ไม่น่าเป็นไปได้ แอนไอโซโทรปีเหล่านั้นมีการแจกแจง

แบบเกาส์เซียน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (ในระดับ 18 μ K) แต่ไม่ใช่ขนาดใหญ่ แต่ในบางสถานที่ จุดเย็นนั้นเย็นกว่าอุณหภูมิ CMB เฉลี่ยเกือบ 150 μ K ซึ่งมากเกินกว่าที่คาดไว้จากการกระจายแบบเกาส์เซียน นอกจากนี้ รัศมีของจุดเยือกแข็งลดลงประมาณ 5° ในขณะที่ความผันผวนที่ใหญ่ที่สุด

ของอุณหภูมิ CMB ในยุคแรกเกิดขึ้นในระดับเชิงมุมประมาณ 1° ทำให้ไม่เป็นธรรมชาติมากยิ่งขึ้นไม่น่าแปลกใจเลยที่นักวิจัยทั่วโลกได้ตั้งทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับจุดเย็น CMB และการศึกษาจำนวนมากกำลังดำเนินการเพื่อค้นหาต้นกำเนิดของมัน คำอธิบายในช่วงแรกๆ ระบุว่าจุดเย็นดังกล่าว

อาจเป็นเพียงการปนเปื้อนเบื้องหน้า (ในรูปของฝุ่นกาแล็กซีและรังสีซินโครตรอน) จากในทางช้างเผือก หรือเป็นผลมาจากวัตถุท้องฟ้าที่ผิดปกติ แต่การสังเกตการณ์พร้อมด้วยภาพที่มีรายละเอียดจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลล้วนไม่พบวัตถุดังกล่าว ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยบิ๊กแบง

ปกปิดความว่างเปล่า? คำอธิบายที่มีแนวโน้มประการหนึ่งสำหรับปรากฏการณ์นี้คือมี “ความว่างเปล่าอย่างยิ่งยวด” ของจักรวาลอันกว้างใหญ่ระหว่างเรากับจุดเยือกแข็ง ต้องขอบคุณโครงสร้างขนาดใหญ่ของเอกภพ ในขณะที่กาแลคซียังคงอยู่ในช่องว่าง ความหนาแน่นของสสารน้อยกว่า (หนึ่งในสิบของค่าเฉลี่ย) มากเมื่อเทียบกับบริเวณอื่นๆ ของเอกภพ ในทางกลับกัน 

credit: coachwalletoutletonlinejp.com tnnikefrance.com SakiMono-BlogParts.com syazwansarawak.com paulojorgeoliveira.com NewenglandBloggersMedia.com FemmePorteFeuille.com mugikichi.com gallerynightclublv.com TweePlebLog.com