Tin tức Vũ trụ TV

Lịch sử thay đổi nhiệt độ trong vũ trụ được tiết lộ

Ngày:
Th11 14, 2020
Tóm lược:

Vũ trụ ngày nay nóng đến mức nào? Trước đây nó hot như thế nào? Một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế cho thấy nhiệt độ trung bình của khí trong các cấu trúc lớn của Vũ trụ đã tăng khoảng 3 lần trong 8 tỷ năm qua, đạt khoảng hai triệu Kelvin ngày nay.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Hình ảnh: Mô phỏng máy tính về sự tiến hóa của cấu trúc quy mô lớn (dưới cùng) và nhiệt độ (trên) của Vũ trụ. Thời gian di chuyển từ bảng điều khiển bên trái sang bên phải, với bảng điều khiển ngoài cùng bên phải hiển thị thời đại ngày nay. Nguồn: D. Nelson / Illustris Collaboration.
Hình ảnh: Mô phỏng máy tính về sự tiến hóa của cấu trúc quy mô lớn (dưới cùng) và nhiệt độ (trên) của Vũ trụ. Thời gian di chuyển từ bảng điều khiển bên trái sang bên phải, với bảng điều khiển ngoài cùng bên phải hiển thị thời đại ngày nay.
Nguồn: D. Nelson / Illustris Collaboration.

Vũ trụ ngày nay nóng đến mức nào? Trước đây nó hot như thế nào? Một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, bao gồm các thành viên của Viện Vật lý và Toán học Vũ trụ Kavli (Kavli IPMU), cho thấy rằng nhiệt độ trung bình của khí trong các cấu trúc lớn của Vũ trụ đã tăng khoảng 3 lần trong thời gian qua. 8 tỷ năm, đạt khoảng hai triệu Kelvin ngày nay.

Cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ đề cập đến mô hình toàn cầu về cách các thiên hà và cụm thiên hà được phân bố trong không gian. Lưới vũ trụ này hình thành từ những điểm bất thường nhỏ trong sự phân bố vật chất trong Vũ trụ sơ khai, chúng được khuếch đại thông qua lực hấp dẫn. “Khi Vũ trụ phát triển, lực hấp dẫn kéo vật chất tối và khí trong không gian lại với nhau thành các thiên hà và các cụm thiên hà”, Yi-Kuan Chiang, tác giả chính của nghiên cứu và là một thành viên nghiên cứu tại Trung tâm Vũ trụ và Hạt thiên văn của Đại học Bang Ohio cho biết Vật lý học. “Lực cản rất bạo lực – bạo lực đến mức ngày càng nhiều khí bị sốc và nóng lên.”

Khí đốt nóng này sau đó có thể được sử dụng để đo nhiệt độ trung bình của Vũ trụ theo thời gian vũ trụ. Đặc biệt, các nhà nghiên cứu đã sử dụng cái gọi là hiệu ứng “Sunyaev-Zeldovich”, được đặt theo tên của Rashid Sunyaev, giám đốc danh dự của Viện Vật lý Thiên văn Max Planck và nhà vật lý thời Liên Xô Yakov Zeldovich, người đầu tiên dự đoán hiện tượng này về mặt lý thuyết. Hiệu ứng này phát sinh khi các photon năng lượng thấp của bức xạ phông vi sóng vũ trụ bị phân tán bởi các điện tử nóng trong cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ. Sự tán xạ truyền năng lượng từ electron sang photon, làm cho khí electron nóng có thể nhìn thấy được. Cường độ của hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich tỷ lệ thuận với áp suất nhiệt của chất khí, tỷ lệ thuận với nhiệt độ của các electron.

Mặc dù phép đo này về nguyên tắc là đơn giản, nhưng việc thu thập dữ liệu cần thiết là một công việc chính. Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Vật lý Thiên văn (Astrophysical Journal) được thực hiện với sự hợp tác của các nhà nghiên cứu tại Kavli IPMU, Đại học Bang Ohio, Đại học Johns Hopkins và Viện Vật lý Thiên văn Max Planck.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu được thu thập bởi hai đài quan sát, vệ tinh Planck và Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan (SDSS). Planck là sứ mệnh của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu đo bức xạ phông vi sóng vũ trụ. SDSS đã thu thập hình ảnh chi tiết và quang phổ ánh sáng của các thiên hà. Kết hợp hai tập dữ liệu, các nhà khoa học có thể đo lượng áp suất nhiệt xung quanh vị trí của các thiên hà và các cụm thiên hà.

Brice Ménard, người đứng đầu cuộc phân tích với Chiang cho biết: “Các nhà thiên văn đã mất hơn 15 năm để thu thập dữ liệu cần thiết bằng cách sử dụng một kính viễn vọng trên mặt đất và một kính viễn vọng trong không gian. Ménard, người từng là nhà khoa học đến thăm Kavli IPMU từ năm 2011 nói thêm: “Về mặt phân tích, nhóm của chúng tôi đã dành bốn năm để phát triển các thuật toán cần thiết để trích xuất tín hiệu từ những dữ liệu này.”

Hơn nữa, việc giải thích dữ liệu yêu cầu một mô hình vật lý, được cung cấp bởi Ryu Makiya, một thành viên nghiên cứu tại Kavli IPMU. Makiya nói: “Kết hợp dữ liệu mới nhất với mô hình lý thuyết hiện đại, chúng tôi có thể tiết lộ nhiệt độ của Vũ trụ phát triển như thế nào và nó có liên quan như thế nào đến việc hình thành cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ. . “Mục tiêu tiếp theo là hiểu chi tiết về vật lý của các hiện tượng nhiệt và không nhiệt.”

Chiang, từ Đại học Ohio, nói thêm: “Phép đo mới của chúng tôi cung cấp sự xác nhận trực tiếp về công trình đặc biệt của Jim Peebles – người đoạt giải Nobel Vật lý năm 2019 – người đã đặt ra lý thuyết về sự xuất hiện của cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ. “

Nghiên cứu xác định rằng khoảng tám tỷ năm trước (ở độ lệch đỏ z = 1), nhiệt độ điện tử trung bình là khoảng 700.000 Kelvin, tăng lên khoảng hai triệu Kelvin ngày nay. Hơn nữa, các nhà khoa học xác định rằng sự phát triển của nó gần như hoàn toàn được thúc đẩy bởi sự phát triển của các cấu trúc, khi khí bị đốt nóng trong quá trình sụp đổ các cấu trúc quy mô lớn.

Quay trở lại năm 2000, Eiichiro Komatsu, Điều tra viên chính tại Kavli IPMU và Giám đốc Khoa Vũ trụ Vật lý tại Viện Vật lý Thiên văn Max Planck, cũng đã tham gia vào một nỗ lực trước đó để tính toán nhiệt độ của Vũ trụ phát triển như thế nào. Ông nhớ lại: “Trong 20 năm, chúng tôi đã nghiên cứu cách đo lường điều này bằng hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich. “Chúng tôi cuối cùng đã đo được nhiệt độ của Vũ trụ, không chỉ nhờ vào sự tiến bộ vượt bậc về dữ liệu quan sát, mà còn nhờ những nỗ lực tận tâm của các nhà khoa học trẻ xuất sắc như Yi-Kuan Chiang và Ryu Makiya. Điều này thật hài lòng”. Komatsu nói thêm.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Viện Vật lý và Toán học của Vũ trụ Kavli cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Yi-Kuan Chiang, Ryu Makiya, Brice Ménard, Eiichiro Komatsu. Lịch sử nhiệt vũ trụ được chứng minh bởi Máy chụp ảnh hiệu ứng Sunyaev-Zeldovich . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020; 902 (1): 56 DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abb403

Bài viết liên quan

Bài viết mới