Důkazy podporující teorii Velkého třesku
Teorie Velkého třesku je dnes široce přijímána jako nejpravděpodobnější vysvětlení vzniku a vývoje vesmíru. Její základy stojí na řadě klíčových důkazů, které poskytují hluboký vhled do minulosti vesmíru. Následující body představují hlavní pilíře této teorie.
Hubble-Lemaîtrův zákon
Hubble-Lemaîtrův zákon, formulovaný Edwinem Hubblem a Georgem Lemaîtrem (zákon Lemaître experimentálně objevil v roce 1927, Hubble nezávisle zákon nalezl v roce 1929), je jedním z prvních důkazů expanze vesmíru. Tento zákon ukazuje, že galaxie se vzdalují od nás rychlostí úměrnou jejich vzdálenosti. Hubbleovo pozorování, že čím dále galaxie je, tím rychleji se od nás vzdaluje, naznačuje, že vesmír se rozpíná, což je klíčovým předpokladem teorie Velkého třesku.
Kosmologický rudý posuv
Rudý posuv, který poprvé popsal Edwin Hubble roku 1924, je fenomén, kdy spektrální čáry z objektů, které se od nás vzdalují, jsou posunuty směrem k červenému konci spektra. Měření rudého posuvu v galaxiích potvrzuje, že se vzdálenější galaxie od nás vzdalují rychleji. Tento jev je v souladu s myšlenkou, že vesmír se rozpíná od společného počátku, čímž podporuje teorii Velkého třesku.
Reliktní mikrovlnné záření
Objev reliktního mikrovlnného záření (CMB) je jedním z nejpřesvědčivějších důkazů pro teorii Velkého třesku. Toto záření, jehož objev v roce 1965 publikovali Arno Penzias a Robert Wilson, je zbytkové záření z raného vesmíru. Reliktní záření je velmi izotropní a jeho teplota je přibližně 2.7 K, což odpovídá předpovědím teorie Velkého třesku.
Anizotropie záření a počáteční teplotní výkyvy v CMB
Družice COBE (Cosmic Background Explorer) (vypuštěná roku 1989) byla klíčová mise pro studium reliktního mikrovlnného záření (CMB) a jeho anizotropií. COBE měřila drobné anizotropie (nepravidelnosti) v CMB, což jsou malé teplotní výkyvy v záření, které zůstaly z doby krátce po Velkém třesku. Tato měření poskytla důležité informace o počátečních podmínkách vesmíru.
Teorie inflace
Teorie inflace (dobře také popsáno na portálu Aldebaran) byla navržena, aby vyřešila některé problémy klasické teorie Velkého třesku, jako je homogenita vesmíru a problém horizontu. Podle této teorie vesmír prošel extrémně rychlou expanzí během velmi krátkého časového úseku po Velkém třesku. Tento proces vedl k homogenitě vesmíru na velkých škálách, zatímco menší nepravidelnosti zůstaly a později vedly k tvorbě galaxií a dalších struktur.
Teorie nukleosyntézy Velkého třesku
Teorie nukleosyntézy (pohodově podána např. v jednom z textů University of California – Berkeley – Department os Astronomy) vysvětluje vznik prvotních lehkých prvků (deuterium, helium a lithium) v prvních minutách po Velkém třesku, zatímco prvky těžší než helium mají svůj původ v nitru hvězd, které vznikly mnohem později v historii vesmíru. Nukleosyntéza poskytuje silný důkaz pro vysokoteplotní a vysokotlaké podmínky, které panovaly v raném vesmíru.
Teorie Velkého třesku se opírá o data
Každá z uvedených teorií se opírá o konkrétní data a měření, která poskytují empirické důkazy podporující teorii Velkého třesku. Podívejme se na jednotlivé příklady dat, která podporují jednotlivé aspekty této teorie.
Hubble-Lemaîtrův zákon a kosmologický rudý posuv
- Sloan Digital Sky Survey (SDSS) – Hlavní multispektrální zobrazování a spektroskopický průzkum červeného posuvu pomocí specializovaného 2,5 m širokoúhlého optického dalekohledu na Apache Point Observatory v Novém Mexiku ve Spojených státech. [1]
- NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) – Online astronomická databáze pro astronomy, která shromažďuje a vzájemně koreluje astronomické informace o extragalaktických objektech (galaxie, kvasary, rádiové, rentgenové a infračervené zdroje atd.). NED je postaven na hlavním seznamu extragalaktických objektů, pro které byla stanovena křížová identifikace jmen, přesné polohy a rudé posuvy zadané v maximální možné míře a některá další shromážděná základní data. [2]
- The 2dF Galaxy Redshift Survey – Průzkum rudého posuvu realizovaný Australian Astronomical Observatory s 3,9m Anglo-Australian Telescope mezi lety 1997 a 2002. Tehdy se jednalo se o největší světový průzkum rudého posuvu mezi lety 1998 a 2003 (předběhl předběhl Las Campanas Redshift Survey a Sloan Digital Sky Survey). [3]
- Atd.
Reliktní mikrovlnné záření (CMB), anizotropie záření a počáteční teplotní výkyvy v CMB
- NASA’s Cosmic Background Explorer (COBE) – Satelit COBE vyvinulo středisko Goddard Space Flight Center NASA k měření difúzního infračerveného a mikrovlnného záření z raného vesmíru. Byl vypuštěn 18. listopadu 1989 a nesl tři přístroje: Diffuse Infrared Background Experiment (DIRBE data) pro vyhledávání kosmického infračerveného záření na pozadí, Differential Microwave Radiometer (DMR data) pro citlivé mapování kosmického záření a Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS data) k porovnání spektra kosmického mikrovlnného záření na pozadí s přesným černým tělesem.
- LAMBDA – Cosmic Bacground Explorer (také COBE) – Je součástí výzkumného centra NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Center (HEASARC). Zabývá se výzkumem kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) a poskytuje výzkumníkům CMB archivní data z kosmologických misí, softwarové nástroje a odkazy na další zajímavé zdroje informací.
- Wilkinson Microwave Anisotropy Probe DR5 – Mise WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) je navržena tak, aby určila geometrii, složení a vývoj vesmíru prostřednictvím celkové mapy teplotní anizotropie reliktního záření s rozlišením 13 úhlových minut FWHM. Datové produkty skymapy odvozené z pozorování WMAP mají 45krát větší citlivost a 33krát lepší úhlové rozlišení než mise COBE DMR. Skymapy WMAP a související inverzní kovarianční matice následují polarizační konvenci CMB. [8]
Teorie inflace
- BICEP, BICEP Array, BICEP2 / Keck Array, BICEP3 – BICEP (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) a Keck Array jsou série experimentů za účelem studia kosmického mikrovlnného pozadí (CMB). Jejich cílem je měřit polarizaci CMB, zejména měřit B-mod CMB. Experimenty prošly pěti generacemi přístrojů, které zahrnují BICEP1 (nebo jen BICEP), BICEP2, Keck Array, BICEP3 a BICEP Array. Keck Array zahájilo pozorování v roce 2012 a BICEP3 je plně funkční od května 2016, přičemž instalace BICEP Array začala v letech 2017/18. BICEP operuje z Antarktidy, na stanici Amundsen–Scott South Pole Station. [5]
- Atd.
Teorie nukleosyntézy Velkého třesku
- JINA-CEE – Joint Institute for Nuclear Astrophysics – Center for the Evolution of the Elements (JINA-CEE) je středisko NSF Physics Frontiers Center, které se zabývá souvisejícími základními otázkami o vesmíru: Odkud pocházejí prvky, které tvoří náš svět? Jaké jsou základní vlastnosti hmoty při stlačení na vysokou hustotu? Společný institut pro jadernou astrofyziku – centrum pro evoluci prvků (JINA-CEE) je středisko NSF Physics Frontiers Center, které se zabývá souvisejícími základními otázkami o vesmíru: Odkud pocházejí prvky, které tvoří náš svět? Jaké jsou základní vlastnosti hmoty při stlačení na vysokou hustotu? [9] Nabízí dvě důležité databáze: Databázi JINA-CEE Reaclib – rychlosti jaderných reakcí – poskytuje více než 60 000 rychlostí jaderných reakcí, které jsou připraveny k použití v astrofyzikálních modelech. Výchozí knihovna je průběžně aktualizována, zatímco dobře definované snímky vydání lze odkazovat a sdílet mezi výzkumníky pro srovnání modelů. Databázi Stellar Abudance Information – informace o hojnosti prvků ve hvězdách – poskytuje podrobné informace o hojnostech 2766 hvězd ze 173 publikací. Uživatelské rozhraní umožňuje snadné vytváření grafů poměrů prvků vybraných uživatelem pro zkoumání trendů a rozptylu. [10]
- T-2 Nuclear Information Service – Astrophysical Data for Charged-Particle Reactions – Resp. LANL Astrophysics a LANL Cosmology – Poskytujeme vědecké a technické vedení v oblasti základního a aplikovaného teoretického výzkumu v aplikované a základní jaderné fyzice, částicové fyzice, astrofyzice a kosmologii. Skupina udržuje teoretické, modelovací a simulační schopnosti v široké škále oblastí. Současné aktivity členů naší skupiny zahrnují výzkum jaderných reakcí a struktury pro aplikovanou a základní vědu, teorii mnoha jaderných částic, teorii jaderných reakcí, štěpení, hodnocení jaderných dat, zpracování a validační testování pro aplikace zahrnující udržování zásob, snižování hrozeb a energetickou bezpečnost, fyziku těžkých iontů, jadernou astrofyziku, fyziku přesahující standardní model, fyziku neutrin, mřížkovou kvantovou chromodynamiku, teorii pole v nerovnováze, astročásticovou fyziku, vysokoenergetickou astrofyziku, formování a migraci protoplanet, analýzu a zpracování astrofyzikálních dat, plazmovou astrofyziku, kosmologii a formování galaxií, gravitaci a gravitační vlny, precizní kosmologii a temnou hmotu a temnou energii atd. [4].
- National Nuclear Data Center (NNDC) – NNDC je celosvětový zdroj jaderných dat. Informace dostupné uživatelům služeb NNDC jsou výsledkem společného úsilí NNDC, spolupracujících datových center a dalších zainteresovaných skupin jak ve Spojených státech, tak na celém světě.
- Atd.
Další zajímavé zdroje dat
- Atacama Cosmology Telescope (ACT) – Dalekohled o průměru šesti metrů na Cerro Toco v poušti Atacama v severním Chile (obrázek nahoře od Jona Warda). Je navržen tak, aby prováděl měření teploty kosmického mikrovlnného pozadí (CMB) a polarizační anizotropie s vysokým rozlišením a detekoval masivní kupy galaxií prostřednictvím tepelného Sunyaev Zel’dovich (tSZ) efektu. Rekonstrukce potenciálu čočky CMB bude hrát klíčovou roli v kosmologické detekci hmoty neutrin a měření otisku prvotních gravitačních vln v polarizaci v B-módu by mohlo poskytnout jedinečný pohled na raný vesmír a kvantovou povahu gravitace. [6]
- Planck Legacy Archive – Obsahuje data z pozorování pořízených za čtyři a půl roku provozu satelitu Planck. Archiv připravila ESA, která sdružuje všechny datové produkty Planck, z nichž mnohé byly vytvořeny středisky pro zpracování dat Planck Low Frequency Instrument (LFI) a High Frequency Instrument (HFI). Vzhledem k hlavnímu zaměření mise Planck archiv přirozeně obsahuje mapy ukazující drobné výkyvy teploty CMB. Studium fluktuací CMB je klíčem k informacím o veličinách, které definují expanzi a složení vesmíru a zárodky jeho rozsáhlých struktur. [7]
- Atd. [Poznámka: další zdroje budu doplňovat a kategorizovat]
Každý důkaz Velkého třesku se opírá o konkrétní měření a data, která byla získána pomocí různých typů teleskopů, družic a dalších přístrojů. Tato data a jejich interpretace poskytují silný pilíř pro teorii Velkého třesku a popis vzniku a vývoje vesmíru.
Zdroje:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Sloan_Digital_Sky_Survey
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/NASA/IPAC_Extragalactic_Database
[5] https://science.jpl.nasa.gov/projects/bicep2keckarray/
[6] https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/act/
[7] https://sci.esa.int/web/planck/-/56287-planck-legacy-archive-a-guide-to-why-and-how
[8] https://lambda.gsfc.nasa.gov/product/wmap/current/
[9] https://www.jinaweb.org/about-jina
[10] https://www.jinaweb.org/science-research/scientific-resources