 |
Астронет: М. Е. Прохоров/ГАИШ Три года наблюдений WMAP: Результаты http://variable-stars.ru/db/msg/1212514 |
Три года наблюдений WMAP: Результаты21.03.2006 17:34 | М. Е. Прохоров/ГАИШ, Москва
Что нового получено после обработки трех лет наблюдений WMAP? Попробуем выделить самое интересное (конечно, по субъективному мнению автора этой статьи).
Вышедшие статьи (astro-ph/0603449, 0603450, 0603451 и 0603452) называются одинаково: "Три года наблюдений Зонда Микроволновой Анизотропии им.Вилкинсона (WMAP)", различаются только подзаголовки.
- первая посвящена выводам, относящимся к космологии;
- вторая – измерениям поляризации реликта;
- третья – анализу флуктуаций температуры;
- последняя посвящена некоторым аспектам аппаратуры и обработки данных.
Рассмотрим по порядку первые три. Но предварительно нужно сделать одно замечание. Во всех этих работах авторы делали оценки как с использованием только данных WMAP, так и с привлечением других данных. В качестве дополнительных источников в разных местах публикаций использовались (по отдельности или в различных комбинациях) данные наземных и баллонных экспериментов по измерению анизотропии реликта (т.к. у них было большее угловое разрешение и, следовательно, имеются данные о более высоких пространственных гармониках), эксперимент по поиску далеких сверхновых, данные по крупномасштабной структуре, каталоги SDSS, 2dF и другие. Использование дополнительных данных обычно уменьшает ошибки получаемых оценок, но разные сочетания источников, дают разные результаты. Очень похожая ситуация имеет место и при оценке параметров, если они делаются в рамках определенных моделей или при заранее сделанных предположениях о поведении других параметров, то результаты получаются более точными (точнее, с меньшими ошибками), но сами результаты зависят от того какие модели или предположения использовались.
Поэтому, если вы заметили различие в оценках одних и тех же величин "полученных по данным WMAP", обратите внимание на то, при каких именно условиях они делались.
Космология
"Стандартной" сегодня считается плоская Lambda-CDM модель (пишется ΛCDM, что означает космологическую модель, в которой плоская Вселенная заполнена &Lambda-членом (темной энергией) и холодной темной материей (Cold Dark Matter)). Анизотропия микроволнового фона в этой модели описывается шестью параметрами. Вот их значения, по данным 3 лет WMAP.
![\begin{tabular}{cll} \hline\hline Параметр & \multicolumn{1}{c}{3 года} & \multicolumn{1}{c}{1 год} \\ \hline\noalign{\smallskip} $H_0$ & $73^{+3}_{-3}$ & $72^{+5}_{-5}$ \\[1mm] $\Omega_m h_0^2$ & $0.127^{+0.007}_{-0.013}$ & $0.144^{+0.016}_{-0.016}$ \\[1mm] $\Rightarrow \Omega_m$ & $0.234\pm0.035$ & ~--- \\[1mm] $100\Omega_b h_0^2$ & $2.23^{+0.07}_{-0.09}$ & $2.38^{+0.13}_{-0.12}$ \\[1mm] $\Rightarrow \Omega_m$ & $0.042\pm0.003$ & ~--- \\[1mm] $n_s$ & $0.951^{+0.015}_{-0.019}$ & $0.99^{+0.04}_{-0.04}$ \\[1mm] $\tau$ & $0.09^{+0.03}_{-0.03}$ & $0.17^{+0.08}_{-0.07}$ \\[1mm] $\sigma_8$ & $0.74^{+0.05}_{-0.06}$ & $0.92^{+0.1}_{-0.1}$ \\[1mm] \multicolumn{3}{l}{так как в этой модели $\Omega_b+\Omega_m+\Omega_\Lambda\equiv1$} \\[1mm] $\Rightarrow \Omega_\Lambda$ & $0.74\pm0.04$ & ~--- \\[1mm] \hline\hline \end{tabular}](https://images.astronet.ru/pubd/2006/03/21/0001212526/tex/formula0.gif)
В этой модели возраст Вселенной оказывается равным
Что это за параметры:
- H0 – постоянная Хаббла, ее значение дается в км/с/Мпк. Если вы встречаете в космологических формулах величину h или h0, то это безразмерная постоянная Хаббла h=H0/(100 км/с/Мпк).
- &Omegam – плотность вещества (это невидимое темное вещество природа которого пока не известна) в единицах критической плотности.
- &Omegab – плотность барионной материи (обычного вещества) в единицах критической плотности.
- &OmegaΛ – плотность Λ-члена (или темной энергии) в единицах критической плотности.
- ns – показатель степени спектра начальных возмущений.
- τ – оптическая толща повторно ионизованного вещества вблизи нас.
- σ8 – средняя амплитуда флуктуаций плотности вещества на масштабе 8 Мпк в современную эпоху.
- Существование массивных нейтрино: параметрами были полная масса всех сортов ν, число сортов нейтрино с ненулевой массой и вклад нейтрино в общую плотность Вселенной.
- Наличие у Вселенной ненулевой пространственной кривизны (положительной или трицательной).
- Более сложный спектр начальных возмущений: сложная форма спектра возмущений плотности, наличие тензорной компоненты возмущений (т.е. гравитационных волн).
- Темная энергия с w
1.
- Эффект Сюняева-Зельдовича, слабое гравитационное линзирование и ряд других эффектов.
Вот наилучшие значения параметров для полной ΛCDM-модели (со всеми перечисленными дополнениями) полученные только по данным WMAP:
Параметры для множества других моделей и для данных WMAP в сочетании с другими экспериментами, вы найдете на сайте lambda (NASA). Вот еще параметры, показавшиеся мне интересными: они связаны с историей реионизации Вселенной. До z немного больших 1000 вселенная была достаточно горячей, чтобы вещество в ней оставалось в ионизированном состоянии. Затем произошла рекомбинация, вещество стало прозрачным для не слишком жесткого электромагнитного излучения (от ультрафиолета и дальше в длинноволновую область). Именно граница рекомбинации или, как ее еще называют, поверхность последнего рассеяния и является источником реликтового излучения, которое исследует WMAP. Но вокруг нас межгалактическое вещество снова ионизовано. Вероятно причиной реионизации было мощное жесткое излучение от квазаров и звезд первого поколения. Но когда это произошло? Вот что говорят об этом результаты трех лет наблюдений WMAP:102Ωbh2 = 2.23 A = 0.68 A0.002 = 0.80 ΔR2 = 20X 10-10 ΔR2(k=0.002/Mpc) = 24X 10-10 h = 0.73 H0 = 73 km/s/Mpc ellA = 302.6 ns = 0.951 ns(0.002) = 0.951 Ωb = 0.042 Ωbh2 = 0.0223 Ωc = 0.20 ΩΛ = 0.76 Ωm = 0.24 Ωmh2 = 0.127 σ8 = 0.74 σ8Ωm0.6 = 0.31 ASZ = 0.99 t0 = 13.7 Gyr τ = 0.088 θA = 0.595 arcdeg zeq = 3036 zr = 10.9 - Оптическая толща ионизованного вещества вокруг нас (точнее от нас до поверхности последнего рассеяния) составляет &tau=0.09. (Эта величина существенно изменилась, результаты 1-го года WMAP давали заметно большее значение &tau=0.15-0.17.)
- Реионизация произошла на красном смещении zreion=10.9(+2.7/-2.3).
- Это соответствует возрасту Вселенной zreion=365 млн.лет.
Выводы авторов публикации
Для описания результатов наблюдения вполне достаточно оказывается минимальной (с шестью параметрами) ΛCDM космологической модели. Несмотря на то, что точность спектра на высоких сферических гармониках улучшилась в 3 раза. Кроме того делаются определенные выводы относительно фигурирующей в этой модели "новой физике", а именно о тесной материи, темной энергии и механизме генерации первичных флуктуаций.
- Структура наблюдаемых акустических пиков на спектре мощности явно указывает, что темное вещество имеет не барионную природу.
- Данные WMAP согласуются с моделью плоской или практически плоской Вселенной в которой свойства темной энергии близки к Λ-члену (w=-1).
- Классический спектр начальных возмущений Гаррисона-Зельдовича не согласуется в данными WMAP. Требуется либо наличие тензорной компоненты (гравитационных волн), либо другой показатель спектра ns<1. [Этот результат хорошо согласуется с простейшей инфляционной моделью m2φ2.]
Поляризация
Еще не написано.
Флуктуации температуры
Еще не написано.