Kosmiczne promieniowanie tła (CMB) to pozostałość po Wielkim Wybuchu – tło całego nieba, które „świeci” na falach odpowiadających ciału o temperaturze 2,73 stopni powyżej bezwzględnego zera (około -270 stopni Celsjusza). Promieniowanie CMB jest dość jednolite, jednak wykazuje pewne (bardzo małe) wahania. Te fluktuacje są kluczem do zrozumienia szczegółów związanych z Wielkim Wybuchem i z całym wczesnym życiem Wszechświata. Naukowcy doszli właśnie do wniosku, że Chłodna Plama - obszar na niebie o temperaturze około 0,00015 stopnia niższej od otoczenia - nie jest wynikiem braku odpowiedniej ilości okolicznej materii, jak wcześniej przypuszczano. Wykluczenie tej przyziemnej możliwości pozostawia otwarte drzwi dla bardziej egzotycznych wyjaśnień.
W badaniach prowadzonych pod kierunkiem Ruari Mackenziego i Tom Shanksa z Durham University's Centre for Extragalactic Astronomy naukowcy analizują możliwość, że za pojawienie się Chłodnej Plamy odpowiada “superpustka” - obszar bardzo ubogi w galaktyki i inne duże zgrupowania materii. Zarówno zwyczajna, jak i ciemna materia mają tendencję do gromadzenia się razem w przestrzeni kosmicznej, dzięki czemu ostatecznie formują ogromne struktury takie jak gromady i supergromady galaktyk, zostawiając jednocześnie pustki pozbawione znaczących ilości jakichkolwiek dużych obiektów. Efekt ten jest dodatkowo pogłębiany przez ekspansję Wszechświata. Powoduje on, że mikrofalowe promieniowanie tła dochodzące do nas z rejonu kosmologicznych pustek wygląda inaczej niż to samo promieniowanie, które na swej drodze do ziemskiego obserwatora musi przemieszczać się przez obszary o większej gęstości materii.
Wcześniejsze podobne badania wykorzystywały technikę zwaną przesunięciem fotometrycznym w celu pomiaru odległości galaktyk leżących w kierunku na Chłodną Plamę. Ta metoda polega na odczytywaniu barwy danej galaktyki. Bardziej odległe galaktyki wydają się poczerwienione niż te położone bliżej nas. Jednak te tak zwane fotometryczne przesunięcia ku czerwieni są często obarczone bardzo dużą niepewnością. Zespół Mackenziego i Shanksa zamiast tego zajął się więc badaniem spektroskopowych przesunięć ku czerwieni dla galaktyk. Są one o wiele dokładniejsze i pozwoliły naukowcom określić odległości do 7 000 galaktyk znajdujących się w kierunku Chłodnej Plamy.
Te precyzyjniejsze niż dotąd pomiary wskazują jednak na to, że w kierunku tym nie ma tak naprawdę żadnej superpustki! Co ciekawsze – rejon Chłodnej Plamy wydaje się tak samo bogaty w gromady galaktyk jak każdy inny. Nie ma po prostu żadnych znaczących różnic pomiędzy tym obszarem nieba a pozostałymi obszarami o typowej temperaturze promieniowania tła. Oznacza to, że istnienia dużo zimniejszego obszaru nie da się wyjaśnić na gruncie standardowej kosmologii – modelu Wszechświata, który obecnie używany jest do jego opisu i badania. Naukowcy podsumowują, że należy z dystansem podchodzić do tego typu danych obserwacyjnych, ale też mogą one posłużyć jako jeden ze sprawdzianów modelu standardowego.
Skąd jednak bierze się Chłodna Plama? Zespół szacuje, że nawet bez postulowanej superpustki prawdopodobieństwo jej przypadkowego pojawienia się na niebie wynosi mniej więcej 1 do 50. Nie możemy więc całkowicie wykluczyć, że jest efektem jakichś rzadko zachodzących fluktuacji Kosmosu w ramach modelu standardowego. Ale są i bardziej egzotyczne pomysły. Jednym z nich jest zderzenie naszego Wszechświata z innym. Jeśli będą za tym przemawiać dalsze, bardziej szczegółowe analizy mikrofalowego promieniowania tła, Chłodna Plama może stać się pierwszym dowodem na istnienie multiwszechświata – ogromnej ilości nie związanych z naszym, innych wszechświatów. Choć w tej chwili obiekt ten z pewnością nie jest takim dowodem, jego obecność wskazuje na pewien problem w standardowym modelu kosmologicznym, wymagający dalszych rozważań i badań.
Czytaj więcej
Zdjęcie: Chłodna Plama to szczególny obszar w mikrofalowym promieniowania tła o temperaturze dużo niższej od swojego otoczenia. Na mapie utworzonej w oparciu o dane z satelity Planck cieplejsze obszary CMB są bardziej czerwone, a zimniejsze – bliższe błękitowi.
Źródło: ESA and Durham University
W badaniach prowadzonych pod kierunkiem Ruari Mackenziego i Tom Shanksa z Durham University's Centre for Extragalactic Astronomy naukowcy analizują możliwość, że za pojawienie się Chłodnej Plamy odpowiada “superpustka” - obszar bardzo ubogi w galaktyki i inne duże zgrupowania materii. Zarówno zwyczajna, jak i ciemna materia mają tendencję do gromadzenia się razem w przestrzeni kosmicznej, dzięki czemu ostatecznie formują ogromne struktury takie jak gromady i supergromady galaktyk, zostawiając jednocześnie pustki pozbawione znaczących ilości jakichkolwiek dużych obiektów. Efekt ten jest dodatkowo pogłębiany przez ekspansję Wszechświata. Powoduje on, że mikrofalowe promieniowanie tła dochodzące do nas z rejonu kosmologicznych pustek wygląda inaczej niż to samo promieniowanie, które na swej drodze do ziemskiego obserwatora musi przemieszczać się przez obszary o większej gęstości materii.
Wcześniejsze podobne badania wykorzystywały technikę zwaną przesunięciem fotometrycznym w celu pomiaru odległości galaktyk leżących w kierunku na Chłodną Plamę. Ta metoda polega na odczytywaniu barwy danej galaktyki. Bardziej odległe galaktyki wydają się poczerwienione niż te położone bliżej nas. Jednak te tak zwane fotometryczne przesunięcia ku czerwieni są często obarczone bardzo dużą niepewnością. Zespół Mackenziego i Shanksa zamiast tego zajął się więc badaniem spektroskopowych przesunięć ku czerwieni dla galaktyk. Są one o wiele dokładniejsze i pozwoliły naukowcom określić odległości do 7 000 galaktyk znajdujących się w kierunku Chłodnej Plamy.
Te precyzyjniejsze niż dotąd pomiary wskazują jednak na to, że w kierunku tym nie ma tak naprawdę żadnej superpustki! Co ciekawsze – rejon Chłodnej Plamy wydaje się tak samo bogaty w gromady galaktyk jak każdy inny. Nie ma po prostu żadnych znaczących różnic pomiędzy tym obszarem nieba a pozostałymi obszarami o typowej temperaturze promieniowania tła. Oznacza to, że istnienia dużo zimniejszego obszaru nie da się wyjaśnić na gruncie standardowej kosmologii – modelu Wszechświata, który obecnie używany jest do jego opisu i badania. Naukowcy podsumowują, że należy z dystansem podchodzić do tego typu danych obserwacyjnych, ale też mogą one posłużyć jako jeden ze sprawdzianów modelu standardowego.
Skąd jednak bierze się Chłodna Plama? Zespół szacuje, że nawet bez postulowanej superpustki prawdopodobieństwo jej przypadkowego pojawienia się na niebie wynosi mniej więcej 1 do 50. Nie możemy więc całkowicie wykluczyć, że jest efektem jakichś rzadko zachodzących fluktuacji Kosmosu w ramach modelu standardowego. Ale są i bardziej egzotyczne pomysły. Jednym z nich jest zderzenie naszego Wszechświata z innym. Jeśli będą za tym przemawiać dalsze, bardziej szczegółowe analizy mikrofalowego promieniowania tła, Chłodna Plama może stać się pierwszym dowodem na istnienie multiwszechświata – ogromnej ilości nie związanych z naszym, innych wszechświatów. Choć w tej chwili obiekt ten z pewnością nie jest takim dowodem, jego obecność wskazuje na pewien problem w standardowym modelu kosmologicznym, wymagający dalszych rozważań i badań.
Czytaj więcej
Zdjęcie: Chłodna Plama to szczególny obszar w mikrofalowym promieniowania tła o temperaturze dużo niższej od swojego otoczenia. Na mapie utworzonej w oparciu o dane z satelity Planck cieplejsze obszary CMB są bardziej czerwone, a zimniejsze – bliższe błękitowi.
Źródło: ESA and Durham University
