iPon Cikkek

Versenyfutás a kozmosz első pillanatainak felderítéséért

Dátum | 2013. 06. 02.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Bolygónk egyik legnagyobb távcsöve meglepően aprónak tűnik a kietlen antarktiszi tájban: a Déli-sark távcső (South Pole Telescope, SPT) 10 méteres tányérjának méretei csak közvetlen közelről tűnnek fel az ide látogatóknak. Az Egyesült Államok Amundsen-Scott kutatóállomásától pár száz méterre található létesítménynél kevés civilizációtól távolabb eső építmény akad a Földön, az itt dolgozó csillagászokat azonban a fogcsikorgató hideg sem zavarja különösebben, tekintve hogy korunk egyik legizgalmasabb kutatásának lehetnek részesei. Brad Benson, a Chicagói Egyetem munkatársa, az állomás vezető kutatója és kollégái egy tavaly üzembe helyezett, rendkívül érzékeny kamera segítségével az univerzum születésének első pillanatait igyekeznek vizsgálni, és ahogy a szakértő fogalmazott, az effajta kutatások lefolytatásához a Déli-sark jelenti az ideális helyszínt. A jelenleg leginkább valószínűsített kozmológiai elmélet szerint, az újszülött világegyetem anyaga egy apró térrészben összpontosult, így rendkívül sűrű és hihetetlenül forró volt, tele nagyenergiájú sugárzással. Ahogy az univerzum tágulni kezdett, hőmérséklete fokozatosan csökkent, és a kezdeti sugárzás energiája is visszaesett, ahogy egyre nagyobb térrészben oszlott szét. 13,7 milliárd évvel a keletkezést követően a mindenhol jelenlevő kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) vizsgálata jelenti a legjobb nyomot az univerzum fiatal korának és későbbi evolúciójának felderítésére. A kilencvenes évek űrkutatási eredményei például fényt derítettek arra, hogy a látszólag egységes háttérsugárzásban apró hőmérsékletingadozások figyelhetők meg, ami arra utal, hogy a világegyetem keletkezésének idején az anyagban az átlagosnál sűrűbb és ritkább régiók is akadtak, amelyek aztán döntően hozzájárultak az univerzum ma ismert szerkezetének kialakulásához. A hat évvel ezelőtt megépült Déli-sark távcső fő feladata a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás minden korábbinál alaposabb vizsgálata. A CMB megfigyelésével kapcsolatban azonban akad egy kis probléma: a sugárzás intenzitásában észlelt szabálytalanságok révén legfeljebb a 380 ezer éves állapotokig lehet visszamenni. Az ezt megelőző időszakban ugyanis az űrt kitöltő forró plazma töltött részecskéi rögtön el is nyelték a kibocsátott fotonokat, vagyis a fénynek nem volt lehetősége megszökni. Ez csak akkor vált opcióvá, amikor az anyag lehűlt annyira, hogy a részecskék semleges atomokká álljanak össze, amire körülbelül 380 ezer évvel az ősrobbanás után került sor. A ma észlelt háttérsugárzás tehát a világegyetem átlátszóvá válásának időszakából származik, nem közvetlenül a születés pillanataiból.

És hogy mi is történhetett ezekben az első pillanatokban? A kozmikus infláció elmélete szerint az univerzum 10ˆ-36 másodperces korában exponenciális növekedésbe kezdett, és a másodperc töredéke alatt atomnál kisebb méretűről narancs nagyságúra növekedett. Ez a villámgyors tágulás mindössze a világegyetem 10ˆ-33 másodperces koráig tartott, innentől kezdve aztán jóval lassabb ütemben folytatódott a növekedés. Az infláció elmélete összhangban áll a kvantummechanikai teóriákkal, és több űrkutatási projekt eredményei is áttételesen alátámasztják a feltevést. Arról nem is beszélve, hogy magyarázattal szolgál több kozmológiai rejtélyre is, a korai univerzumban jelen levő sűrűségingadozásokat például valamikori kvantumfluktuációk felnagyított változataiként értelmezi, és a sötét energiát kutatóknak is számos elméletük akad a világegyetem ezen korszakának jelentőségével kapcsolatban. Az infláció konkrét lefolyásával kapcsolatban azonban rendkívül kevés elképzelésünk van. Több különféle modell igyekszik megmagyarázni működését, és a csillagászok egy része nem is biztos abban, hogy létezett ez az időszak. Mivel pedig a kozmikus inflációra, ha létezett, a világegyetem átlátszóvá válása előtt került sor, sokáig lehetetlennek tűnt megállapítani, hogy melyik modell járhat közelebb a valósághoz. Az elmúlt évtized során a kutatók rájöttek azonban, hogy talán mégis létezhet egy mód ezen korai időszak vizsgálatára. A tudósok szerint az infláció hirtelen befejeződése esetlegesen nyomot hagyhatott a téridőben, mégpedig az Einstein általános relativitáselméletében megjósolt gravitációs hullámok formájában. Az elektromágneses sugárzással ellentétben ezek az ősi hullámok képesek lehettek továbbterjedni a még átlátszatlan univerzumban is, így mai frekvenciájuk és erejük információkkal szolgálhat a gyors tágulás befejeződésének időszakáról. Ezek az ősi hullámok viszont túlságosan is gyengék ahhoz, hogy a „köznapibb”, például kettőscsillagok által keltett gravitációs hullámokat közvetve észlelni képes műszerek kimutassák őket. A feltevések szerint azonban mindenképpen nyomot kellett hagyniuk a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban, és ennek a mintázatnak a detektálása, illetve elemzése révén talán dönteni lehetne az inflációval kapcsolatban felállított modellek helyességéről.

Pontosan ezt a célt szolgálja a Déli-sark távcsőre felszerelt új kamera, amely a háttérsugárzás polarizációjával kapcsolatban végez kiterjedt megfigyeléseket, amelyben a feltevések szerint az infláció keltett gravitációs hullámoknak jellegzetes nyomuk kell, hogy legyen. Ezek azonosítása azonban nem lesz egyszerű feladat, hiszen nagyon sok későbbi hatás közül kellene kiszűrni a rendkívül halvány polarizációs jelet. Korábban már szó esett róla, hogy a mikrohullámú háttérsugárzás tanulmányozására a Déli-sark az egyik legjobb helyszín. Ennek oka, hogy a légköri vízcseppek elnyelik a mikrohullámokat, így a kozmoszból érkező gyenge jelek észleléséhez magasan és száraz környezetben elhelyezkedő megfigyelőhelyre van szükség. A tengerszinten például képtelenség a háttérsugárzás vizsgálata, annyira sok víz van a levegőben. A Déli-sark esetében a sziklás földfelszín ugyan tengerszint közeli magasságú, a rajta található jégsapka azonban átlagosan 3 kilométer vastag, így a felszín nagy magasságban (2800 méter fölött) húzódik, és a levegő is rendkívül száraz. A déli-sarki távcsőhöz hasonló méréseket végző AMiBA a hawaii Manua Loa oldalában, 3400 méteres magasságban található, de nagyon kedvezőek a körülmények a kozmikus háttérsugárzás megfigyelésére a chilei Atacama-sivatagban is. A Cerro Toco 5200 méteres magasságában tavaly óta üzemel a POLARBEAR nevű kísérlet, amelynek célja szintén a CMB polarizációjának vizsgálata, és rövidesen a közeli Atacama Kozmológiai Távcsőre is felszerelnek egy ilyen célú kamerát, amely kategóriájában páratlanul érzékeny mérések véghezvitelére lesz képes Mike Niemack, a Cornell kutatójának elmondása szerint, aki mind a déli-sarki, mind az atacamai detektorok fejlesztésében részt vett. A déli-sarki és a chilei kutatócsoportok között barátságos hangulatú, de elszánt verseny zajlik az egyre jobb polariméterek létrehozásában, mondja Niemack. Az antarktiszi kutatócsoport jelenleg egy olyan műszeren dolgozik, amely tízszer érzékenyebb lesz elődjénél, és közben persze Chilében is lázas munka folyik, hogy minél a nagyobb érzékenységű, alacsonyabb felbontási határral rendelkező, nagy frekvenciatartományt és az ég minél nagyobb területeit is lefedni képes detektorokat hozzanak létre. Egyelőre nem tudjuk, hogy milyen erősségű jel után kutatunk, így minden eszközt be kell vetni a megtalálás érdekében, mondja David Spergel, a Princeton kutatója.

Márciusban hozták nyilvánosságra a mikrohullámú háttérsugárzás egész égboltra kiterjedő feltérképezését végző Planck műhold első 15 hónapjának mérési eredményeit. A polarizációs adatokat publikálására ugyanakkor még körülbelül további egy évet kell várni az eredmények elemzését végző kutatócsoport tagjainak elmondása szerint. Jan Tauber projektvezető nagy reményeket fűz ezekhez az adatokhoz, és elképzelhetőnek tartja, hogy a Planck lehet az első, amely észleli a kozmikus infláció keltette gravitációs hullámok polarizáló hatását. Hozzátartozik ugyanakkor a történethez, hogy az Európai Űrügynökség által üzemeltetett műhold detektorai közel sem olyan érzékenyek, mint a már említett földi műszerek, így megeshet, hogy a halvány jel láthatatlan marad a Planck számára. A nagy érzékenységű felszíni detektorokból azonban egyre több van, és jelenleg is számos új kísérlet áll tervezés alatt, így minden szakmabeli nagy előrelépéseket vár a területen az elkövetkező évek során. A Déli-sarkon 2009 óta üzemel a BICEP2 nevű berendezés, az EBEX detektor pedig januárban hajtott végre egy 25 napos, ballonos repülést az Antarktisz fölött. Spergel szerint a kozmikus infláció végbemenetelének polarizáció alapján történő kimutatása biztosan Nobel-díjat ér majd, bárki vigye is véghez. Könnyen előfordulhat az is, hogy a bizonyításhoz szükséges adatok már begyűjtésre kerültek: ahogy a részecskefizikában, a csillagászat ezen ágában is óriási adatmennyiségen kell átrágniuk magukat a kutatóknak, hogy abban aztán esetleg ráakadjanak valamilyen releváns információra. Az adatokat sok szempontú elemzésnek vetik alá, kiszűrik a mérőműszerek működéséből adódó zajokat és hibákat, illetve számtalan egyéb tényezőt vesznek számításba az eredmények kiértékelése során. A BICEP2 projekt kutatói szerint az első vizsgálatok alapján akadnak érdekességek az adatokban, ennél bővebb nyilatkozatra azonban egyelőre nem vállalkoznak, viszont terveik szerint még ebben az évben publikálják az első három év adatainak előzetes analízisét. Jelen pillanatban még rengeteg a kérdés a kutatás tárgyával kapcsolatban. Nem lehetünk biztosak abban, hogy az infláció keltette gravitációs hullámok milyen szintű befolyással lehettek a CMB polarizációjára, így egyelőre nem tudni, hogy mely műszerek lesznek a legalkalmasabbak ennek kimutatására. Shaul Hanany, az EBEX csapatának tagja szerint két éven belül komoly előrelépés történhet ezen a téren. És mivel jelenleg szinte semmit sem tudni a feltételezett polarizációs hatás mértékéről, bármiféle új információ sokkal hatékonyabbá teheti a további kutatásokat.

Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!

Eddigi hozzászólások

18. bszoke88
2013.06.02. 12:51
"A hat évvel ezelőtt megépült Déli-sark távcső fő feladata a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás minden korábbinál alaposabb vizsgálata. A CMB megfigyelésével kapcsolatban azonban akad egy kis probléma: a sugárzás intenzitásában észlelt szabálytalanságok révén legfeljebb a 380 ezer éves állapotokig lehet visszamenni. Az ezt megelőző időszakban ugyanis az űrt kitöltő forró plazma töltött részecskéi rögtön el is nyelték a kibocsátott fotonokat, vagyis a fénynek nem volt lehetősége megszökni. Ez csak akkor vált opcióvá, amikor az anyag lehűlt annyira, hogy a részecskék semleges atomokká álljanak össze, amire körülbelül 380 ezer éve került sor. A ma észlelt háttérsugárzás tehát a világegyetem átlátszóvá válásának időszakából származik, nem közvetlenül a születés pillanataiból."

akkor most 380k évvel ezelőtt, vagy az ősrobbanás után 380k évvel??
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
17. Jools
2013.06.02. 13:11
Hopsz, köszi, javítva, az ősrobbanás után 380 ezer évvel.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
16. bszoke88
2013.06.02. 13:12
"Jelen pillanatban még rengeteg a kérdés a kutatás trágyával kapcsolatban."
höhö
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
15. Jools
2013.06.02. 13:20
Nem az én napom ez...
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
14. fofoka
2013.06.02. 13:21
Elég sok pénzt ölnek bele. Csak azért, hogy egy elméletet alátámasszanak? Vagy van egy másodlagos célja is a projectnek?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
13. prohlep
2013.06.02. 16:16
A: fizikusi kutatásba sokkal inkább megéri pénz milliárdokat önteni, mint szűk pénzügyi csoportoknak profitot biztosító bankokat a társadalom közös pénzéből megmenteni ... csupán mert sikerült úgy alakítani a világ szerkezetét, hogy a pénzvilág azzal zsarolhassa a valós világot, hogy "rátok dőlve magam alát temetlek titeket, ha nem mentetek meg engem".

B: "az univerzum 10ˆ-36 másodperces korában exponenciális növekedésbe kezdett, és a másodperc töredéke alatt atomnál kisebb méretűről narancs nagyságúra növekedett. Ez a villámgyors tágulás mindössze a világegyetem 10ˆ-33 másodperces koráig tartott"

Halkan megemlítem, hogy eddig egyetlen fizikus sem tudta nekem megmondani, hogy mi is az idő, következésképp mi is az a 10ˆ-36 másodperc egy olyan világban, amelyben NEM létezik olyan fizikai jelenség, amit az idő mérésére, azaz definiálására befoghatnánk.

Ez különösen olyan témában gáz, ahol a relativitás elmélettel dobálódznak, miközben éppen a relativitás elmélet alapvető újtása, hogy egy fogalom csak zavart okoz ha csupán a képzeletben létezik (Galilei relativitás idő fogalma ILYEN!, ősrobbanás korai fázisának idő fogalma ILYEN!), tehát egy fogalom akkor fizikai fogalom, ha egy mérési eljárással tisztázzuk. Einstein végülis PONTOSAN ilyen módon jött rá azokra a dolgokra, ami miatt híres lett.

Ősrobbanáshoz hiányzó időfogalomhoz ismét kellene egy Einstein szerű úttörő, aki ráérez a hiányzó fogalmakra és azok megalkotásának módjára, ... és majd csak akkor lesz valódi TISZTA tudomány az ősrobbanás kutatása.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
12. gargantu
2013.06.02. 17:01
prohlep: "kellene egy Einstein szerű úttörő"

Az is egy lehetséges opció, hogy egyszer majd az az új Einstein (mint maga korában az eredeti) az akkorra összegyűlt tapasztalatok, igazolt majd megcáfolt elméletek sora után egy nagyon más magyarázattal áll elő, amit lehet hogy akkor már nem is ősrobbanásnak fognak hívni.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
11. Ronan
2013.06.02. 21:18
Aki pontosabb dolgokat akar tudni az időről az keresse meg a teremtéstan videót youtube-on.Kisfaludy György foglalkozik az időfizikával.Meg a Vatikánban ülnek a biblia 77 könyvén ami iszonyatosan nagy dolgokat tartalmaz a fizikával meg úgy mindennel tudománnyal kapcsolatban.És persze kimaradt belőle.Ma csak az emberi faj történet olvassák mindenűt alaposan kódolva van így csak olyan ember férhet hozzá mint Newton és tette is ezt amíg élt.Nem tudják pontosan hogy mi is az,de érzik hogy valami olyasmi lehet ami elég nagyot szólna ahhoz hogy ők is eltűnjenek a felszínről.

Einstein a saját korában rájött hogy van gyorsabb dolog a fénynél.Ha jól emlékszem ez a szál univerzum.Persze addigra már a rabló hüllő lelkűek már javában hirdették azt ami már elavultnak is tekinthető.Persze én nem értek ezekhez a dolgokhoz de mindenképp érdekes dolgok ezek.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
10. Simba Ronan
2013.06.03. 16:13
És ezt te mind komolyan gondolod? Félelmetes!

prohlep: ez nem igaz. Az idő mérhető, persze Einstein óta tudjuk koránt sem állandó attól függ milyen vonatkoztatási rendszerben vizsgáljuk. Nagyon sok minden épül erre a GPS műholdaktól elkezdve a számítógépekig. Ezek elképzelhetetlenek lennének időmérés nélkül. Van egy mértékegység rendszerünk erre. A 10^-30-on másodperc ezt csak egy okból írjuk ki, hogy ne legyen hosszú számunk.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
9. Taranisz
2013.06.03. 18:14
Az idő egy eléggé sarokkő a fizikában, mint pl. már csak az is jól mutatja, hogy egy széttört pohár fizikai mivoltja akkor is az ha szét van törve és akkor is ha egyben van, az elrendezése más. Semmilyen fizikai képlet nem mondja azt, hogy a széttört pohár nem lehet újra egész pohár.
Mégis van egy rendezett állapota és egy rendezetlen, sose látunk olyat, hogy egy széttört pohár újra eggyé állna, pedig ezt a fizikai törvények nem tiltja, pedig mégsem látjuk rá a példát... egyszerűen azért, mert az idő előre haladtával a rendezetlenség fokozódik. Egyszerű szerintem. Ez az entrópia, ez a jelenség -pontosabban törvényszerűség- gyönyörűen mutatja, hoyg az idő létezik és iránya van.

Emberi vonatkozásban az idő mérése pusztán illúzió, saját magunkat kell valamihez igazítani. Az óra csak egy szerkezet ami mutatja a mi időnket, de az messze nem AZ idő, csak nekünk segítség a mindennapi életünkben, hogy tudjuk hol és mikor.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
8. alienn
2013.06.07. 09:34
Taranisz,
Akkor mi a helyzet a pohár gyártósorokon? Ott csökken a rendezetlenség?
De ez is csak olyan dolog mint az idő. Magunknak segítünk a mérésével ahogy írod is.
A poharas témánál maradva mihez viszonyítjuk a rendezettséget? Ha alakra, magunkhoz (felhasználhatósághoz) akkor csökken a rendezetlenség gyártáskor, de mi van, ha egy vödör homokhoz viszonyítunk? Akkor minél kisebb szemcsékké törjük a poharat annál kisebb lesz az entrópia még végül megint "homok" lesz belőle és éppen ebben az állapotban lesz a legkisebb. Na most akkor merre halad az idő?
Miért egyértelmű, hogy a legyártott darabhoz kell viszonyítani?
(Természetesen Hawkinggal nem vitatkoznék, bebizonyította, hogy az idő előre halad, de ettől még érdekelne a fenti kérdésemre a válasz.)
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
7. kiskoller alien...
2013.06.07. 10:08
Akkor mi a helyzet a pohár gyártósorokon? Ott csökken a rendezetlenség?

Igen, de ha a teljes rendszert nézed, azaz gyártósor + atomerőmű + munkások + anyag bányászat stb stb

Az élet kialakulásával is növekszik a rendezetlenség, csak nem a bolygón. Magán a bolygón növekszik a rendezettség, de csak úgy ha a Nap belsejében nagyobb mértékben csökken (napsugarak)

--------------
IDŐ

A lényeg az, hogy az eddig leírt összes fizikai törvény szimmetrikus az időre nézve.

Vegyünk például két billiárdgolyót, lökjük meg őket egymás irányába. Ha oldalról felvesszük videóra azt ahogy egymáshoz közelednek, majd összeütköznek és távolodnak egymástól, majd ezt a videót visszafele lejátszuk nem tudnánk megállapítani melyik a tényleges jelenség, és melyik a megfordítása. Tehát a newtoni fizika szimmetrikus az időre.

Az összes fizikai törvény ilyen. Mégis ha komplex rendszereket nézünk, akkor egyértelműen meg tudjuk mondani hogy "merre haladnak az időben". Ha látsz egy leányzóról készül, 10 év hosszú videót (mondjuk minden nap lefotózza magát egyszer) egyértelműen megmondod hogy most a visszafele lejátszott vagy az eredeti videót látod. Ha egy poharat látsz szétesni, akkor a törvények megengedik, hogy nem csak a pohár essen szét, hanem a szilánkok álljanak össze pohárrá.

Egyesegyedül az entrópia szabja meg a dolgok "irányát"
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
6. Taranisz
2013.06.07. 12:30
alienn,

Úgy van ahogy kiskoller írta.
A kész pohár azért "rendezettebb", mert sok erő(kémiai, fizikai) kellett ahhoz, hogy egy vödör homokból üveg legyen.

Ám komplexen nézve nagy távlatokban, a vödör homok egy jó idő után nem homok lesz hanem atom részecskék halmaza amik már nem homokot alkotnak hanem egy meghatározhatatlan szubatomi masszát.
Az ősrobbanás előtti pont volt ha úgy vesszük a tökéletes állapot, az azóta eltelt idő óta az anyagok folyamatosan egyre nagyobb mértékben rendezetlenné válnak, amikor egyszer elérik azt a pontot, hogy egy abszolút nulla közeli hőmérsékleten lévő szubatomi masszává alakulnak. Ami ha úgy vesszük az univerzumunk vége is egyben.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
5. axe
2013.06.08. 17:29
Jools - nem sértésként, de egy ilyen nagyságú oldalon jobban oda kellene figyelni a hibákra, amiből egyre több van az oldalon főleg 1 éve kb..
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
4. Ronan
2013.06.12. 10:18
Persze persze...parasztvakító halandzsa.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
3. Valor
2013.06.16. 11:12
Azért a pohár kérdésének érdemes jobban utánanézni...

http://dydudu.hu/konyv/tudom/perc/nter1000.htm


Egyébként, mikor elkezdted olvasni a cikket, máris létrehoztad az idő dimenzióját - holott nyilvánvaló, a szerveren minden betűje egyaránt létezik, vagy legalábbis egy rakás kvantummechanikai esemény láncolata a képernyőn keresztül fenntartja a cikk létezésének érzetét a tudatodban. A rendszergazda is csak egy rakás valószínűségi függvény által meghatározott elektromos, és Higgs-mezőt ézékel HDD formájában, ill. ezek által fér hozzá önnön fizikai valójában - lehet, hogy a valóság egyáltalán nem is fizikai?
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
2. BiroAndras
2013.06.22. 17:11
http://www.atomcsill.elte.hu/dgy_at_Polaris.inc.html

Ez egy nagyon jó kozmológiai előadás sorozat, sokkal mélyebbre megy, mint egy átlagos ismeretterjesztő műsor. Feltételez valamennyi előképzettséget, de nem vészes.

Ez a sorozat valamivel közérthetőbb, középiskolásoknak szól (és nem csak kozmológia) : http://www.atomcsill.elte.hu/
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!
1. kiskoller Valor
2013.06.22. 17:46
Mi az, hogy "fizikai" a valóság? Nem értem.
 
Válasz írásához előbb jelentkezz be!