Sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinson — Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
Nazwy | Eksplorator MAPY 80 |
||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Typ misji | Astronomia CMBR | ||||||||||||
Operator | NASA | ||||||||||||
ID COSPAR | 2001-027A | ||||||||||||
SATCAT nr. | 26859 | ||||||||||||
Strona internetowa | mapa.gsfc.nasa.gov | ||||||||||||
Czas trwania misji | 9 lat, 1 miesiąc, 2 dni (od uruchomienia do zakończenia zbierania danych naukowych) | ||||||||||||
Właściwości statku kosmicznego | |||||||||||||
Producent | NASA / NRAO | ||||||||||||
Rozpocznij masę | 835 kg (1841 funtów) | ||||||||||||
Sucha masa | 763 kg (1682 funtów) | ||||||||||||
Wymiary | 3,6 m × 5,1 m (12 stóp × 17 stóp) | ||||||||||||
Moc | 419 W | ||||||||||||
Początek misji | |||||||||||||
Data uruchomienia | 19:46:46, 30 czerwca 2001 (UTC) | ||||||||||||
Rakieta | Delta II 7425-10 | ||||||||||||
Uruchom witrynę | Przylądek Canaveral SLC-17 | ||||||||||||
Koniec misji | |||||||||||||
Sprzedaż | Pasywowana | ||||||||||||
Dezaktywowany | Otrzymał ostatnie polecenie 20 października 2010 ; przekazano ostatnie dane 19 sierpnia 2010 r. | ||||||||||||
Parametry orbitalne | |||||||||||||
System odniesienia | L 2 punkty | ||||||||||||
Reżim | Lissajous | ||||||||||||
Główny teleskop | |||||||||||||
Rodzaj | gregoriański | ||||||||||||
Średnica | 1,4 m × 1,6 m (4,6 stopy × 5,2 stopy) | ||||||||||||
Długości fal | 23 GHz do 94 GHz | ||||||||||||
Instrumenty | |||||||||||||
| |||||||||||||
Kolaż NASA ze zdjęć związanych z WMAP (statki kosmiczne, widmo CMB i obraz tła) |
Część serii na |
Kosmologia fizyczna |
---|
Wmap ( WMAP ), pierwotnie znana jako Microwave Anisotropy sondy ( MAP ), jest nieaktywny uncrewed kosmicznych pracy od 2001 do 2010, który mierzy się różnice temperatur w przestrzeni powietrznej w tle mikrofalowego promieniowania (CMB) - pozostałe promieniowania cieplnego z Wielkiego Wybuchu . Misja, kierowana przez profesora Charlesa L. Bennetta z Johns Hopkins University , została opracowana we współpracy pomiędzy NASA Goddard Space Flight Center i Princeton University . Sonda WMAP została wystrzelona 30 czerwca 2001 roku z Florydy. Misja WMAP zastąpiła misję kosmiczną COBE i była drugim statkiem kosmicznym średniej klasy (MIDEX) w programie NASA Explorers . W 2003 roku MAP przemianowano na WMAP na cześć kosmologa Davida Todda Wilkinsona (1935–2002), który był członkiem zespołu naukowego misji. Po dziewięciu latach działania WMAP został wyłączony w 2010 roku, po wystrzeleniu przez Europejską Agencję Kosmiczną w 2009 roku bardziej zaawansowanej sondy Planck .
Pomiary WMAP odegrały kluczową rolę w ustaleniu obecnego Standardowego Modelu Kosmologii: modelu Lambda-CDM . Dane WMAP są bardzo dobrze dopasowane do wszechświata zdominowanego przez ciemną energię w postaci stałej kosmologicznej . Inne dane kosmologiczne są również spójne i razem ściśle ograniczają Model. W modelu Wszechświata Lambda-CDM wiek Wszechświata wynosi13,772 ± 0,059 miliarda lat. Misja WMAP określa wiek wszechświata z dokładnością lepszą niż 1%. Obecne tempo ekspansji wszechświata wynosi (patrz stała Hubble'a )69,32 ± 0,80 km·s- 1 ·Mpc- 1 . Obecnie zawartość wszechświata składa się z4,628% ± 0,093% zwykłej materii barionowej ;24,02%+0,88%
−0,87% zimna ciemna materia (CDM), która nie emituje ani nie pochłania światła; oraz71,35%+0,95%
−0,96%od ciemnej energii w postaci stałej kosmologicznej że przyspiesza się rozszerzenie świata . Mniej niż 1% obecnej zawartości Wszechświata to neutrina, ale pomiary WMAP po raz pierwszy w 2008 roku wykazały, że dane preferują istnienie kosmicznego tła neutrinowego z efektywną liczbą gatunków neutrin3,26 ± 0,35 . Zawartość wskazuje na płaską geometrię euklidesową z krzywizną ( )−0.0027+0.0039
−0.0038. Pomiary WMAP wspierają również paradygmat kosmicznej inflacji na kilka sposobów, w tym pomiar płaskości.
Misja zdobyła różne nagrody: według magazynu Science WMAP był przełomem roku 2003 . Wyniki tej misji znalazły się na pierwszym i drugim miejscu na liście "Super Hot Papers in Science Since 2003". Spośród najczęściej cytowanych artykułów wszechczasów z dziedziny fizyki i astronomii w bazie danych INSPIRE-HEP , tylko trzy zostały opublikowane od 2000 r., a wszystkie trzy są publikacjami WMAP. Bennett, Lyman A. Page Jr. i David N. Spergel, obaj z Princeton University, podzielili się nagrodą Shawa 2010 w dziedzinie astronomii za pracę nad WMAP. Bennett i zespół naukowy WMAP otrzymali nagrodę Grubera 2012 w dziedzinie kosmologii. Przełomową nagrodę 2018 w dziedzinie fizyki podstawowej otrzymali Bennett, Gary Hinshaw, Norman Jarosik, Page, Spergel i zespół naukowy WMAP.
W październiku 2010 r. statek kosmiczny WMAP jest zrujnowany na heliocentrycznej orbicie cmentarnej po 9 latach działania. Wszystkie dane WMAP są udostępniane opinii publicznej i podlegają dokładnej kontroli. Ostateczna oficjalna publikacja danych to dziewięcioletnia publikacja w 2012 roku.
Niektóre aspekty danych są statystycznie nietypowe dla Standardowego Modelu Kosmologii. Na przykład największy pomiar w skali kątowej, moment kwadrupolowy , jest nieco mniejszy niż przewidywałby Model, ale ta rozbieżność nie jest bardzo znacząca. Duży zimny punkt i inne cechy danych są bardziej istotne statystycznie i nadal trwają nad nimi badania.
Cele
Celem WMAP było zmierzenie różnic temperatur w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła (CMB) . Anizotropie wykorzystano następnie do pomiaru geometrii, zawartości i ewolucji wszechświata ; oraz przetestować model Wielkiego Wybuchu i teorię kosmicznej inflacji . W tym celu misja stworzyła pełną mapę nieba CMB z rozdzielczością 13 minut kątowych dzięki obserwacji wieloczęstotliwościowej. Mapa wymagała najmniejszej liczby błędów systematycznych , braku skorelowanych szumów pikseli i dokładnej kalibracji, aby zapewnić dokładność skali kątowej większą niż jej rozdzielczość. Mapa zawiera 3 145 728 pikseli i używa schematu HEALPix do pikselizacji sfery. Teleskop zmierzył także polaryzację CMB w trybie E oraz polaryzację pierwszego planu. Jego żywotność wynosiła 27 miesięcy; 3 do osiągnięcia pozycji L 2 i 2 lata obserwacji.
Rozwój
Misja MAP została zaproponowana NASA w 1995 roku, wybrana do badania definicji w 1996 roku i zatwierdzona do opracowania w 1997 roku.
WMAP poprzedziły dwie misje obserwacji CMB; (i) radziecki RELIKT-1, który zgłosił pomiary górnej granicy anizotropii CMB oraz (ii) amerykański satelita COBE, który jako pierwszy zgłosił wahania CMB na dużą skalę. WMAP był 45 razy bardziej czuły, z 33 razy większą rozdzielczością kątową niż jego poprzednik z satelity COBE. Kolejna europejska misja Planck (operacyjna w latach 2009–2013) miała wyższą rozdzielczość i wyższą czułość niż WMAP i była obserwowana w 9 pasmach częstotliwości zamiast w 5 WMAP, co pozwoliło na udoskonalenie astrofizycznych modeli pierwszego planu.
Statek kosmiczny
Główne zwierciadła odbijające teleskopu to para czasz gregoriańskich o wymiarach 1,4 m × 1,6 m (zwróconych w przeciwnych kierunkach), które skupiają sygnał na parze wtórnych zwierciadeł odbijających o wymiarach 0,9 m × 1,0 m. Są ukształtowane pod kątem optymalnej wydajności: skorupa z włókna węglowego na rdzeniu Korex , cienko pokryta aluminium i tlenkiem krzemu . Reflektory wtórne przekazują sygnały do pofałdowanych rogów zasilających, które znajdują się na polu matrycy płaszczyzny ogniskowej pod reflektorami głównymi.
Odbiorniki są polaryzacyjnymi radiometrami różnicowymi mierzącymi różnicę pomiędzy dwoma wiązkami teleskopu. Sygnał jest wzmacniany niskoszumowymi wzmacniaczami HEMT , zbudowanymi przez National Radio Astronomy Observatory . Jest 20 kanałów, po 10 w każdym kierunku, z których radiometr odbiera sygnał; miarą jest różnica w sygnale nieba z przeciwnych kierunków. Azymut separacji kierunkowej wynosi 180 stopni; całkowity kąt wynosi 141 stopni. Aby poprawić odejmowanie sygnałów pierwszego planu z naszej galaktyki Drogi Mlecznej , WMAP wykorzystał pięć dyskretnych pasm częstotliwości radiowych, od 23 GHz do 94 GHz.
Nieruchomość | Pasmo K | Ka-band | Pasmo Q | Pasmo V | Pasmo W |
---|---|---|---|---|---|
Centralna długość fali (mm) | 13 | 9,1 | 7,3 | 4,9 | 3.2 |
Częstotliwość środkowa ( GHz ) | 23 | 33 | 41 | 61 | 94 |
Przepustowość (GHz) | 5,5 | 7,0 | 8,3 | 14,0 | 20,5 |
Rozmiar wiązki (minuty kątowe) | 52,8 | 39,6 | 30,6 | 21 | 13.2 |
Liczba radiometrów | 2 | 2 | 4 | 4 | 8 |
Temperatura systemu ( K ) | 29 | 39 | 59 | 92 | 145 |
Czułość (mK·s ) | 0,8 | 0,8 | 1,0 | 1.2 | 1,6 |
Podstawą WMAP jest układ paneli słonecznych o średnicy 5,0 m , który utrzymuje instrumenty w cieniu podczas obserwacji CMB (poprzez utrzymywanie statku pod stałym kątem 22 stopni względem Słońca). Na tablicy usiądź dolny pokład (podtrzymujący ciepłe elementy) i górny pokład. Zimne elementy teleskopu: matryca płaszczyzny ogniskowej i zwierciadła są oddzielone od ciepłych elementów cylindryczną powłoką termoizolacyjną o długości 33 cm na szczycie pokładu.
Pasywne grzejniki termiczne chłodzą WMAP do około 90 K (-183,2 °C; -297,7 °F); są podłączone do niskoszumnych wzmacniaczy . Teleskop zużywa 419 W mocy. Dostępne grzałki teleskopowe to grzałki awaryjne, a grzałka nadajnika służy do ogrzewania ich, gdy są wyłączone. Temperatura sondy WMAP jest monitorowana za pomocą platynowych termometrów oporowych .
Kalibracja WMAP odbywa się za pomocą dipola CMB i pomiarów Jowisza ; wzory wiązki są mierzone względem Jowisza. Dane z teleskopu są codziennie przekazywane przez transponder 2 GHz zapewniający łącze w dół o szybkości 667 kbit/s do 70-metrowej stacji Deep Space Network . Statek kosmiczny ma dwa transpondery, jeden zapasowy; są one minimalnie aktywne – około 40 minut dziennie – aby zminimalizować zakłócenia o częstotliwości radiowej . Pozycja teleskopu jest utrzymywana w trzech osiach za pomocą trzech kół reakcyjnych , żyroskopów , dwóch gwiazd śledzących i czujników słońca i jest sterowany za pomocą ośmiu silników hydrazynowych .
Start, trajektoria i orbita
Sonda WMAP dotarła do Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego 20 kwietnia 2001 roku. Po dwumiesięcznych testach został wystrzelony przez rakietę Delta II 7425 30 czerwca 2001 roku. nadal tak działał, aż do rozmieszczenia układu paneli słonecznych. WMAP był aktywowany i monitorowany podczas ochładzania. 2 lipca zaczął działać, najpierw od testów w locie (od startu do 17 sierpnia), a następnie rozpoczął stałą, formalną pracę. Następnie wykonał trzy pętle fazowe Ziemia-Księżyc, mierząc jego listki boczne , a następnie przeleciał przez Księżyc 30 lipca, w drodze do punktu Lagrange'a L 2 Słońce-Ziemia , docierając tam 1 października 2001 r., stając się pierwszą misją obserwacyjną CMB zamieszczone tam.
Umiejscowienie statku kosmicznego w Lagrange 2 (1,5 miliona kilometrów od Ziemi) stabilizuje go termicznie i minimalizuje zarejestrowane skażające emisje słoneczne, ziemskie i księżycowe. Aby zobaczyć całe niebo, bez patrzenia na Słońce, WMAP kreśli ścieżkę wokół L 2 po orbicie Lissajous ca. 1,0 stopnia do 10 stopni, z okresem 6 miesięcy. Teleskop obraca się raz na 2 minuty, 9 sekund (0,464 obr/min) i precesuje z prędkością 1 obrotu na godzinę. WMAP mierzył całe niebo co sześć miesięcy i zakończył swoją pierwszą, pełną obserwację nieba w kwietniu 2002 roku.
WMAP startuje z Centrum Kosmicznego im. Kennedy'ego 30 czerwca 2001 r.
Odejmowanie promieniowania pierwszego planu
WMAP obserwowany w pięciu częstotliwościach, co pozwala na pomiar i odjęcie zanieczyszczenia pierwszego planu (z Drogi Mlecznej i źródeł pozagalaktycznych) CMB. Głównymi mechanizmami emisji są promieniowanie synchrotronowe i emisja swobodna (dominująca na niższych częstotliwościach) oraz astrofizyczna emisja pyłów (dominująca na wyższych częstotliwościach). Właściwości widmowe tych emisji przyczyniają się do różnych wartości pięciu częstotliwości, co pozwala na ich identyfikację i odejmowanie.
Zanieczyszczenia na pierwszym planie są usuwane na kilka sposobów. Najpierw odejmij istniejące mapy emisji od pomiarów WMAP; po drugie, użyj znanych wartości widmowych komponentów, aby je zidentyfikować; po trzecie, jednocześnie dopasuj dane dotyczące pozycji i widma emisji na pierwszym planie, korzystając z dodatkowych zestawów danych. Zanieczyszczenie pierwszego planu zostało zredukowane przez użycie tylko części mapy pełnego nieba z najmniejszym zanieczyszczeniem pierwszego planu, podczas gdy pozostałe części mapy zostały zamaskowane.
23 GHz | 33 GHz | 41 GHz | 61 GHz | 94 GHz |
Pomiary i odkrycia
Roczna publikacja danych
11 lutego 2003 r. NASA opublikowała dane WMAP za pierwszy rok. Przedstawiono najnowszy obliczony wiek i skład wczesnego wszechświata. Ponadto zaprezentowano obraz wczesnego Wszechświata, który „zawiera tak oszałamiające szczegóły, że może być jednym z najważniejszych wyników naukowych ostatnich lat”. Nowo opublikowane dane przewyższają poprzednie pomiary CMB.
W oparciu o model Lambda-CDM zespół WMAP opracował parametry kosmologiczne na podstawie wyników z pierwszego roku WMAP. Poniżej podano trzy zestawy; pierwszy i drugi zestaw to dane WMAP; różnica polega na dodawaniu wskaźników spektralnych, prognoz niektórych modeli inflacyjnych. Trzeci zestaw danych łączy ograniczenia WMAP z ograniczeniami z innych eksperymentów CMB ( ACBAR i CBI ) oraz ograniczeniami z 2dF Galaxy Redshift Survey i pomiarów lasu Lyman alfa . Wśród parametrów występują degeneracje, z których najistotniejsza jest pomiędzy i ; podane błędy są z ufnością 68%.
Parametr | Symbol | Najlepsze dopasowanie (tylko WMAP) | Najlepsze dopasowanie (WMAP, dodatkowy parametr) | Najlepsze dopasowanie (wszystkie dane) |
---|---|---|---|---|
Wiek wszechświata ( Ga ) | 13,4 ± 0,3 | – | 13,7 ± 0,2 | |
Stała Hubble'a ( km ⁄ Mpc · s ) | 72 ± 5 | 70 ± 5 |
71+4 -3 |
|
Zawartość barionowa | 0,024 ± 0,001 | 0,023 ± 0,002 | 0,0224 ± 0,0009 | |
Treść materii | 0,14 ± 0,02 | 0,14 ± 0,02 |
0,135+0,008 −0,009 |
|
Głębia optyczna do rejonizacji | 0,166+0,076 −0,071 |
0,20 ± 0,07 | 0,17 ± 0,06 | |
Amplituda | A | 0,9 ± 0,1 | 0,92 ± 0,12 |
0,830,09 -0,08 |
Skalarny indeks widmowy | 0,99 ± 0,04 | 0,93 ± 0,07 | 0,93 ± 0,03 | |
Przebieg indeksu spektralnego | — | −0,047 ± 0,04 |
−0,031+0,016 −0,017 |
|
Amplituda wahań w 8h -1 Mpc | 0,9 ± 0,1 | — | 0,84 ± 0,04 | |
Całkowita gęstość wszechświata | – | – | 1,02 ± 0,02 |
Korzystając z najlepiej dopasowanych danych i modeli teoretycznych, zespół WMAP określił czasy ważnych wydarzeń uniwersalnych, w tym przesunięcia ku czerwieni rejonizacji ,17 ± 4 ; przesunięcie ku czerwieni oddzielenia ,1089 ± 1 (i wiek wszechświata w momencie rozdzielenia,379+8
-7 kyr ); oraz przesunięcie ku czerwieni materii/równości promieniowania,3233+194
−210. Określili grubość powierzchni ostatniego rozproszenia, która ma być195 ± 2 w przesunięciu ku czerwieni, lub118+3
-2 kyr . Wyznaczyli gęstość prądu barionów ,(2,5 ± 0,1) × 10 -7 cm -1 , oraz stosunek barionów do fotonów,6,1+0,3
−0,2X 10 -10 . Wykrycie przez WMAP wczesnej rejonizacji wykluczyło ciepłą ciemną materię .
Zespół zbadał również emisje Drogi Mlecznej na częstotliwościach WMAP, tworząc 208- punktowy katalog źródłowy .
Publikowanie danych za trzy lata
Trzyletnie dane WMAP zostały opublikowane 17 marca 2006 r. Dane obejmowały pomiary temperatury i polaryzacji CMB, które dostarczyły dalszego potwierdzenia standardowego płaskiego modelu Lambda-CDM i nowych dowodów na poparcie inflacji .
Same 3-letnie dane WMAP pokazują, że Wszechświat musi mieć ciemną materię . Wyniki zostały obliczone zarówno przy użyciu danych WMAP, jak i kombinacji ograniczeń parametrów z innych instrumentów, w tym innych eksperymentów CMB ( ACBAR , CBI i BOOMERANG ), SDSS , 2dF Galaxy Redshift Survey , Supernova Legacy Survey oraz ograniczeń na Hubble'u stała z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a .
Parametr | Symbol | Najlepsze dopasowanie (tylko WMAP) |
---|---|---|
Wiek wszechświata ( Ga ) |
13.73+0,16 -0,15 |
|
Stała Hubble'a ( km ⁄ Mpc·s ) |
73,2+3,1 -3,2 |
|
Zawartość barionowa | 0,0229 ± 0,000 73 | |
Treść materii |
0,1277+0.0080 −0.0079 |
|
Głębia optyczna do rejonizacji | 0,089 ± 0,030 | |
Skalarny indeks widmowy | 0,958 ± 0,016 | |
Amplituda wahań w 8h -1 Mpc |
0,761+0,049 −0,048 |
|
Stosunek tensora do skalarnego | r | <0,65 |
[a] ^ Głębokość optyczna do rejonizacji poprawiła się dzięki pomiarom polaryzacji.
[b] ^ < 0,30 w połączeniu z danymi SDSS . Brak oznak niegaussowości.
Publikowanie danych po pięciu latach
Pięcioletnie dane WMAP zostały opublikowane 28 lutego 2008 roku. Dane zawierały nowe dowody na kosmiczne tło neutrin , dowody na to, że pierwsze gwiazdy zajęły ponad pół miliarda lat, aby ponownie zrejonizować wszechświat, oraz nowe ograniczenia dotyczące kosmicznej inflacji .
Poprawa wyników wynikała zarówno z posiadania dodatkowych 2 lat pomiarów (zestaw danych trwa od północy 10 sierpnia 2001 r. do północy 9 sierpnia 2006 r.), jak również z zastosowania ulepszonych technik przetwarzania danych i lepszej charakterystyki instrument, w szczególności kształty belek. Wykorzystują również obserwacje 33 GHz do szacowania parametrów kosmologicznych; wcześniej używane były tylko kanały 41 GHz i 61 GHz.
Do usuwania pierwszych planów użyto ulepszonych masek. Ulepszenia widm dotyczyły trzeciego piku akustycznego i widm polaryzacyjnych.
Pomiary nakładają ograniczenia na zawartość wszechświata w czasie emisji CMB; w tym czasie 10% wszechświata składało się z neutrin, 12% atomów, 15% fotonów i 63% ciemnej materii. Wkład ciemnej energii w tamtym czasie był znikomy. Ograniczała także zawartość współczesnego wszechświata; 4,6% atomów, 23% ciemnej materii i 72% ciemnej energii.
Pięcioletnie dane WMAP połączono z pomiarami supernowej typu Ia (SNe) i oscylacji akustycznych barionu (BAO).
Eliptyczny kształt mapy nieba WMAP jest wynikiem odwzorowania Mollweide'a .
Parametr | Symbol | Najlepsze dopasowanie (tylko WMAP) | Najlepsze dopasowanie (WMAP + SNe + BAO) |
---|---|---|---|
Wiek wszechświata (Ga) | 13,69 ± 0,13 | 13,72 ± 0,12 | |
Stała Hubble'a ( km ⁄ Mpc·s ) | 71,9+2,6 −2,7 |
70,5 ± 1,3 | |
Zawartość barionowa | 0,022 73 ± 0,000 62 |
0,022 67+0,000 58 −0,000 59 |
|
Zawartość zimnej ciemnej materii | 0,1099 ± 0,0062 | 0,1131 ± 0,0034 | |
Zawartość ciemnej energii | 0,742 ± 0,030 | 0,726 ± 0,015 | |
Głębia optyczna do rejonizacji | 0,087 ± 0,017 | 0,084 ± 0,016 | |
Skalarny indeks widmowy | 0,9630,014 -0,015 |
0,960 ± 0,013 | |
Przebieg indeksu spektralnego | −0,037 ± 0,028 | −0,028 ± 0,020 | |
Amplituda wahań w 8h -1 Mpc | 0,796 ± 0,036 | 0,812 ± 0,026 | |
Całkowita gęstość wszechświata | 1,099+0.100 −0.085 |
1.0050+0.0060 −0.0061 |
|
Stosunek tensora do skalarnego | r | < 0,43 | < 0,22 |
Dane nakładają ograniczenia na wartość stosunku tensor-to-scalar, r < 0,22 (95% pewności), który określa poziom, przy którym fale grawitacyjne wpływają na polaryzację CMB, a także nakładają ograniczenia na ilość pierwotnych nie -gaussowość . Ulepszone ograniczenia zostały nałożone na przesunięcie ku czerwieni rejonizacji, co oznacza:10,9 ± 1,4 , przesunięcie ku czerwieni odsprzęgania ,1 090 0,88 ± 0,72 (jak również wiek wszechświata w momencie rozdzielenia,376.971+3.162
-3.167 kyr ) i przesunięcie ku czerwieni materii/równości promieniowania,3253+89
-87.
Szukamy obiektów Katalog źródło wzbogacono 390 źródeł i zmienność wykryto emisję z Mars i Saturn .
23 GHz | 33 GHz | 41 GHz | 61 GHz | 94 GHz |
Publikowanie danych za siedem lat
Siedmioletnie dane WMAP zostały opublikowane 26 stycznia 2010 r. W ramach tego wydania zbadano roszczenia dotyczące niezgodności z modelem standardowym. Większość z nich okazała się nieistotna statystycznie i prawdopodobnie z powodu selekcji a posteriori (gdzie widzi się dziwne odchylenie, ale nie bierze się pod uwagę, jak uważnie się przyglądał; odchylenie z prawdopodobieństwem 1:1000 zostanie zwykle znalezione, jeśli ktoś spróbuje tysiąc razy). Dla pozostałych odchyleń nie ma alternatywnych koncepcji kosmologicznych (na przykład wydaje się, że istnieją korelacje z biegunem ekliptyki). Wydaje się, że najprawdopodobniej wynikają one z innych skutków, przy czym raport wspomina o niepewnościach co do dokładnego kształtu wiązki i innych możliwych niewielkich pozostałych kwestiach związanych z instrumentami i analizą.
Drugim potwierdzeniem o dużym znaczeniu jest całkowita ilość materii/energii we Wszechświecie w postaci ciemnej energii – 72,8% (w granicach 1,6%) jako tło nie „cząstek” i ciemnej materii – 22,7% (w granicach 1,4%). niebarionowej (subatomowej) energii „cząstek”. Pozostawia to materię lub cząstki barionowe (atomy) na poziomie zaledwie 4,56% (w granicach 0,16%).
Parametr | Symbol | Najlepsze dopasowanie (tylko WMAP) | Najlepsze dopasowanie (WMAP + BAO + H 0 ) |
---|---|---|---|
Wiek wszechświata (Ga) | 13,75 ± 0,13 | 13,75 ± 0,11 | |
Stała Hubble'a ( km ⁄ Mpc·s ) | 71,0 ± 2,5 |
70,4+1,3 -1,4 |
|
Gęstość barionów | 0,0449 ± 0,0028 | 0,0456 ± 0,0016 | |
Fizyczna gęstość barionu | 0,022 58+0,000 57 −0,000 56 |
0,022 60 ± 0,000 53 | |
Gęstość ciemnej materii | 0,222 ± 0,026 | 0,227 ± 0,014 | |
Fizyczna gęstość ciemnej materii | 0,1109 ± 0,0056 | 0,1123 ± 0,0035 | |
Gęstość ciemnej energii | 0,734 ± 0,029 |
0,728+0,015 −0,016 |
|
Amplituda wahań w 8h -1 Mpc | 0,801 ± 0,030 | 0,809 ± 0,024 | |
Skalarny indeks widmowy | 0,963 ± 0,014 | 0,963 ± 0,012 | |
Rejonizacyjna głębia optyczna | 0,088 ± 0,015 | 0,087 ± 0,014 | |
*Całkowita gęstość wszechświata | 1,080+0,093 −0,071 |
1.0023+0.0056 −0.0054 |
|
*Stosunek tensora do skalarnego, k 0 = 0,002 Mpc -1 | r | < 0,36 (95% CL) | < 0,24 (95% CL) |
*Przebieg indeksu spektralnego, k 0 = 0,002 Mpc −1 | −0,034 ± 0,026 | −0,022 ± 0,020 | |
Uwaga: * = Parametry dla modeli rozszerzonych (parametry określają limity odchyleń od modelu Lambda-CDM ) |
23 GHz | 33 GHz | 41 GHz | 61 GHz | 94 GHz |
Publikacja danych za dziewięć lat
20 grudnia 2012 r. opublikowano dziewięcioletnie dane WMAP i powiązane obrazy. Na obrazie widoczne są wahania temperatury sprzed 13,772 ± 0,059 miliarda lat oraz zakres temperatur ± 200 mikrokelwinów . Ponadto badania wykazały, że 95% wczesnego Wszechświata składa się z ciemnej materii i ciemnej energii , krzywizna przestrzeni wynosi mniej niż 0,4 procent „płaskiego”, a wszechświat wyłonił się z kosmicznego Ciemnego Wieku „około 400 milionów lat” po Wielkim Wybuchu .
Parametr | Symbol | Najlepsze dopasowanie (tylko WMAP) | Najlepsze dopasowanie (WMAP + eCMB + BAO + H 0 ) |
---|---|---|---|
Wiek wszechświata (Ga) | 13,74 ± 0,11 | 13,772 ± 0,059 | |
Stała Hubble'a ( km ⁄ Mpc·s ) | 70,0 ± 2,2 | 69,32 ± 0,80 | |
Gęstość barionów | 0,0463 ± 0,0024 | 0,046 28 ± 0,000 93 | |
Fizyczna gęstość barionu | 0,022 64 ± 0,000 50 | 0,022 23 ± 0,000 33 | |
Gęstość zimnej ciemnej materii | 0,233 ± 0,023 |
0,2402+0.0088 −0.0087 |
|
Fizyczna gęstość zimnej ciemnej materii | 0,1138 ± 0,0045 | 0,1153 ± 0,0019 | |
Gęstość ciemnej energii | 0,721 ± 0,025 |
0,7135+0,0095 −0,0096 |
|
Wahania gęstości po 8h -1 Mpc | 0,821 ± 0,023 |
0,820+0,013 −0,014 |
|
Skalarny indeks widmowy | 0,972 ± 0,013 | 0,9608 ± 0,0080 | |
Rejonizacyjna głębia optyczna | 0,089 ± 0,014 | 0,081 ± 0,012 | |
Krzywizna | 1 | −0,037+0,044 −0,042 |
−0.0027+0.0039 −0.0038 |
Stosunek tensor-skalar (k 0 = 0,002 Mpc -1 ) | r | < 0,38 (95% CL) | < 0,13 (95% CL) |
Bieżący skalarny indeks widmowy | −0,019 ± 0,025 | −0,023 ± 0,011 |
Główny wynik
Główny wynik misji zawarty jest w różnych owalnych mapach różnic temperatur CMB. Te owalne obrazy przedstawiają rozkład temperatury uzyskany przez zespół WMAP z obserwacji teleskopu podczas misji. Mierzona jest temperatura uzyskana z interpretacji prawa Plancka tła mikrofalowego. Owalna mapa obejmuje całe niebo. Wyniki są migawką Wszechświata około 375 000 lat po Wielkim Wybuchu , który miał miejsce około 13,8 miliarda lat temu. Temperatura tła mikrofalowego jest bardzo jednorodna (względne odchylenia od średniej, która obecnie nadal wynosi 2,7 kelwina, są tylko rzędu5 x 10 -5 ). Wahania temperatury odpowiadające lokalnym kierunkom są przedstawiane za pomocą różnych kolorów (kierunki „czerwone” są cieplejsze, kierunki „niebieskie” chłodniejsze od średniej).
Misje kontynuacyjne i przyszłe pomiary
Pierwotny harmonogram WMAP dał mu dwa lata obserwacji; zostały one zakończone do września 2003 r. Przedłużenia misji zostały przyznane w 2002, 2004, 2006 i 2008 r., dając statkowi łącznie 9 lat obserwacyjnych, które zakończyły się w sierpniu 2010 r., a w październiku 2010 r. statek kosmiczny został przeniesiony na heliocentryczną orbitę „cmentarną” poza L2, w którym okrąża Słońce 14 razy na 15 lat.
Plancka kosmicznych , mierzona również MPT od 2009 do 2013, oraz ma na celu udoskonalenie pomiarów dokonanych przez WMAP zarówno w całkowitej intensywności i polaryzacji. Różne instrumenty naziemne i balonowe również wniosły wkład do CMB, a inne są konstruowane w tym celu. Wiele z nich ma na celu poszukiwanie polaryzacji B-mode oczekiwanej od najprostszych modeli inflacji, w tym EBEX , Spider , BICEP2 , Keck , QUIET , CLASS , SPTpol i innych.
21 marca 2013 r. kierowany przez Europę zespół badawczy odpowiedzialny za sondę kosmologiczną Planck opublikował mapę całego nieba kosmicznego mikrofalowego tła. Mapa sugeruje, że wszechświat jest nieco starszy niż wcześniej sądzono. Zgodnie z mapą subtelne wahania temperatury zostały odciśnięte na głębokim niebie, gdy kosmos miał około 370 000 lat. Odcisk odbija fale, które powstały już w istnienie wszechświata, jako pierwszy nonillionth (10 -30 ) sekundy. Wydaje się, że te fale doprowadziły do niniejszego ogromnej kosmicznej sieci z gromad i ciemnej substancji . Na podstawie danych z 2013 r. Wszechświat zawiera 4,9% zwykłej materii , 26,8% ciemnej materii i 68,3% ciemnej energii . 5 lutego 2015 r. misja Planck opublikowała nowe dane, według których wiek wszechświata wynosi 13,799 ± 0,021 miliarda lat, a stała Hubble'a została zmierzona jako 67,74 ± 0,46 (km/s)/Mpc .
Zobacz też
- Europejska Agencja Kosmiczna Planck (statki kosmiczne)
- Projekt Illustris
- Lista kosmicznych mikrofalowych eksperymentów tła
- Lista kosmologicznych programów obliczeniowych
- Galaktyczne mapowanie rentgenowskie S150
Bibliografia
Podstawowe źródła
- Bennett, C.; i in. (2003a). „Misja mikrofalowa sondy anizotropii (MAP)”. Czasopismo Astrofizyczne . 583 (1): 1-23. arXiv : astro-ph/0301158 . Kod Bibcode : 2003ApJ...583....1B . doi : 10.1086/345346 . S2CID 8530058 .
- Bennett, C.; i in. (2003b). „Pierwszy rok Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Obserwacje: Emisja na pierwszym planie”. Dodatek do czasopisma astrofizycznego . 148 (1): 97-117. arXiv : astro-ph/0302208 . Kod Bibcode : 2003ApJS..148...97B . doi : 10.1086/377252 . S2CID 10612050 .
- Hinshaw, G.; i in. (2007). „Trzyletnia sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinsona (WMAP1) Obserwacje: Analiza temperatury”. Dodatek do czasopisma astrofizycznego . 170 (2): 288–334. arXiv : astro-ph/0603451 . Kod bib : 2007ApJS..170..288H . doi : 10.1086/513698 . S2CID 15554608 .
- Hinshaw, G.; i in. (luty 2009). Współpraca WMAP. „Pięcioletnie obserwacje sondy anizotropii mikrofalowej Wilkinsona: przetwarzanie danych, mapy nieba i podstawowe wyniki”. Dodatek do czasopisma astrofizycznego . 180 (2): 225–245. arXiv : 0803.0732 . Kod Bib : 2009ApJS..180..225H . doi : 10.1088/0067-0049/180/2/225 . S2CID 3629998 .
- Limon, M .; i in. (20 marca 2008). „Sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinsona (WMAP): pięcioletni suplement wyjaśniający” (PDF) .
- Seife, Karol (2003). „Przełom Roku: Rozświetlenie ciemnego wszechświata” . Nauka . 302 (5653): 2038-2039. doi : 10.1126/science.302.5653.2038 . PMID 14684787 . S2CID 120116611 .
- Spergel, DN; i in. (2003). „Pierwszy rok Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Obserwacje: Wyznaczanie parametrów kosmologicznych”. Dodatek do czasopisma astrofizycznego . 148 (1): 175-194. arXiv : astro-ph/0302209 . Kod bib : 2003ApJS..148..175S . doi : 10.1086/377226 . S2CID 10794058 .
- Sergel, DN; i in. (2007). „Trzyletnia sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinsona (WMAP) Obserwacje: Implikacje dla kosmologii”. Dodatek do czasopisma astrofizycznego . 170 (2): 377-408. arXiv : astro-ph/0603449 . Kod bib : 2007ApJS..170..377S . doi : 10.1086/513700 . S2CID 1386346 .
- Komatsu; Dunkleya; Nolta; Bennetta; Złoto; Hinshaw; Jarosik; Larsona; i in. (2009). „Pięcioletnia sonda anizotropii mikrofalowej Wilkinsona (WMAP) Obserwacje: interpretacja kosmologiczna”. Seria suplementów do czasopism astrofizycznych . 180 (2): 330–376. arXiv : 0803.0547 . Kod bib : 2009ApJS..180..330K . doi : 10.1088/0067-0049/180/2/330 . S2CID 119290314 .
Dalsza lektura
- Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe Charles L. Bennett Scholarpedia , 2(10):4731. doi:10.4249/scholarpedia.4731
Zewnętrzne linki
- Rozmiary wszechświata
- O WMAP i kosmicznej mikrofalówce — artykuł na Space.com
- Blask Wielkiego Wybuchu wskazuje na lejkowaty Wszechświat , New Scientist , 15 kwietnia 2004 r
- NASA 16 marca 2006 Komunikat prasowy dotyczący inflacji WMAP
- Seife, Karol (2003). „Z mapowaniem składników, przepis wszechświata zachęca”. Nauka . 300 (5620): 730-731. doi : 10.1126/science.300.5620.730 . PMID 12730575 . S2CID 585072 .