Also Available in:

Argument stvaranja protiv velikog praska više nije održiv - CMB sjene i galaksije

napisao 
preveo Mladen Čirjak

Objavljeno: Journal of Journal of Creation 32(2):3–4, August 2018.
iStockphotospace

Ranije sam iznio argument da kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (cosmic microwave background - CMB), ‘svjetlost’ navodne vatrene kugle velikog praska, ne baca sjene u prednji plan galaktičkih klastera.1 Ako se veliki prasak zaista odigrao, svjetlost vatrene kugle trebala bi bacati sjenu u prvi plan svih galaktičkih klastera. To je zato što je izvor CMB zračenja, u standardnoj kozmologiji velikog praska, ono što je poznato kao ‘posljednja površina raspršenja’ (last scattering surface).2

Posljednja površina raspršivanja je faza vatrene kugle velikog praska koja opisuje situaciju kada su se fotoni velikog praska ohladili na oko 1,100 K. U toj fazi ti su se fotoni odvojili od plazme koja ih je prethodno držala vezanim. Tada je, navodno, širenje svemira još više ohladilo te fotone na oko 3 K, što ih dovodi u mikrovalno područje. Dakle, ako ti CMB fotoni ne bacaju sjene ispred svih galaktičkih klastera, to je loša vijest po hipotezu velikog praska.

Sunyaev–Zel’dovich efekt

Efekt sjene CMB zračenja, ili preciznije učinak hlađenja galaktičkim klasterima shvaća se u smislu Sunyaev-Zel’dovich efekta (SZE). Ovdje se mikrovalni fotoni izotropno raspršuju elektronima u vrućem mediju unutar klastera (ICM) (vidi sliku 1) inverznim Compton-ovim procesom, ostavljajući neto opadanje (ili hlađenje) u prvom planu prema promatraču u Sunčevom sustavu. Od tih CMB fotona koji dolaze iza galaktičkog klastera, zbog rasipanja, manje ih izvire s istom putanjom. Iako raspršeni fotoni prime energiju iz ICM-a, broj energičnijih CMB fotona je smanjen. Nakon modeliranja kakva bi trebala biti ta nova CMB energija fotona (dakle temperatura), opadanje se, u principu, može detektirati.

Mnoga istraživanja nisu pronašla sjene

fig-1
Slika 1.  Shematski prikaz Sunyaev-Zel’dovich efekta koji rezultira povećanjem CMB fotona više energije (ili plavim pomakom) kada se promatra kroz vrući plin prisutan u klasterima galaksija prema slici 8 u Weisskopf3).

Počevši od 2003. godine, neka objavljena istraživanja, koristeći SZE, tražila su očekivan efekt sjena/hlađenja u klasterima galaksija. Mnoge studije, uključujući WMAP satelitske podatke, nisu utvrdile značajniji efekt hlađenja.4 To se smatralo anomalijom, nečim znatno drugačijim od očekivanog ako je CMB zračenje posljedica vatrene kugle velikog praska. Anomaliju su potvrdili čak i rani podaci istraživanja pomoću svemirske letjelice Planck 2011.5

Svoj izvorni članak6 objavio sam 2006. godine koristeći se izostankom efekta hlađenja kao dokazom protiv velikog praska. Članak sam temeljio na radu Lieu i suradnika (2006).7

Lieu i suradnici (2006) utvrdili su da oko 25% klastera galaksija pokazuje hladniju sjenu, 25% topliju sjenu, a 50% niti grijanje niti hlađenje. No, učinak hlađenja, sa srednjim smanjenjem od čak 160 μK, je ono što se očekivalo.

Međutim, ako je neki drugi učinak kontaminirao podatke za one koji nisu pokazali učinak hlađenja, test bi bio neuvjerljiv. To bi moglo značiti da tamo gdje je primijećen efekt hlađenja isti je mogao nastati zbog SZE. U slučajevima kada nije opažen, to je mogla biti posljedica kontaminacije zbog nekog drugog izvora.

Jedan od problema u gore navedenim studijama je taj što su morali pretpostaviti neki model klastera kako bi izvukli očekivano smanjenje (vidi sliku 1). Raspršeno CMB zračenje je na znatno višim temperaturama od očekivanog smanjenja. Lokalno je izmjereno blizu 2.725 K,8 tako da je učinak hlađenja od 160 μK relativno malen u odnosu na 2,725,000 μK, a raspršeni CMB fotoni bili bi mnogo topliji od toga zbog njihovog preuzimanja energije iz ICM.9

Novo istraživanje, nova metoda

Nova metoda analize (objavljena 2013.)10 potvrdila je da je izmjeren učinak hlađenja pripisan SZE-u u oko 100 klastera odabranih pomoću SZE11 ili pomoću njihovih emisija X-zraka. Međutim, u oko 10,000 optički odabranih klastera nađen je suprotan rezultat, gdje srednja temperatura raste na oko 10 μK, rast, a ne smanjenje. Raspršeni CMB fotoni su topliji nego je očekivano. Ispred svih tih 10,000 klastera postoji efekt grijanja, a ne hlađenja.

Prethodne studije nužno su koristile metode ovisne o modelu. Dok su u ovoj najnovijoj studiji9 autori koristili statističku metodu koja je bila oslobođena takvih pretpostavki. Umjesto toga, koristili su temperature CMB data-piksela pronađenih bliže ili dalje od istraživanog galaktičkog klastera .

“Za proučavanje foreground-efekata klastera galaksija, moguće je razmotriti CMB data-piksele, jednostavno uzimajući svaki piksel kao sondu. Za jedan galaktički klaster u idealnoj CMB izotropiji, koristi se jednostavna metoda za usporedbu podataka sonde (podatka temperature ovog piksela) za kutna područja na koja klaster utječe i ne utječe. Za stvarne CMB podatke, temperatura fluktuacije svakog piksela može se uzeti kao još jedna Gaussova distribucijska pogreška detektora. Uzimajući u obzir različita svojstva šumova i SZ signala, statistička metoda se možeupotrijebiti za usporedbu srednjih podataka kutnih područja za koja se smatra da ‘jesu’ ili ‘nisu’ pod utjecajem klastera. Šum će imati slične efekte na ove dvije vrste piksela, ali toplinski SZ signal će samo sniziti temperaturu piksela koji ‘jesu’ pod utjecajem [naglasak dodan].“9

Rezultati njihove studije sugeriraju da se ovaj učinak zagrijavanja može pripisati kontaminaciji zbog radio-emisije samog klastera. To objašnjava anomaliju u 99% klastera. To znači da je malo SZ hlađenje - toplinski učinak - možda u potpunosti maskiran onečišćenjem iz klastera. Uzimajući u obzir da izvorne studije nisu mogle objasniti povećanja zračenja topline ispred galaksija, gdje su se očekivala smanjenja, mislim da ovu analizu treba uzeti u obzir.

Zaključak

Bez ičega što bi proturječilo njihovom rezultatu, a analiza se čini jakom, mora se razmotriti mogućnost da je anomalija koju su prvi pronašli Lieu i sur. 2006. godine adekvatno objašnjena. Problem je naravno u tome što astrofizika baš i nije operativna znanost.12 U najboljem slučaju moj izvorni argument o nepostojanju sjena (2006) je sada dvosmislen i stoga predlažem da ga više ne treba koristiti kao kreacionistički argument protiv hipoteze velikog praska.

Preporučene bilješke

  1. Hartnett, J.G., The big bang fails another test. creation.com/images/pdfs/tj/j20_3/j20_3_15-16.pdf. J. Creation 20(3):15–16, 2006; Hartnett, J.G., ‘Light from the big bang’ casts no shadows. creation.com/big-bang-casts-no-shadows. Creation 37(1):50–51, January 2015. Natrag na tekst.
  2. Posljednja površina raspršivanja navodno je proizvela prve fotone koji su mogli slobodno putovati svemirom. Stoga to trebali biti najstariji fotoni koji konstantno putuju svemirom, stvarajući izotropnu pozadinu, koja se danas naziva pozadinskim mikrovalnim zračenjem (CMB). U bilo kojem smjeru da promatramo svemir, trebali bismo vidjeti klastere galaksija ‘osvijetljene’tim CMB fotonima koji putuju prema nama, stvarajući tako ‘sjenu Natrag na tekst.
  3. Weisskopf, M.C., The making of the Chandra X-Ray Observatory: the project scientist’s perspective, PNAS 107(16):7135–7140, 2010, pnas.org/content/107/16/7135. Natrag na tekst.
  4. Ovu anomaliju su izmjerili Lieu, R., Mittaz, J.P.D., i Zhang, S.N., Sunyaev-Zel’dovich efekt u uzorku od 31 klastera: usporedba između predviđenog rendgenskih zračenja i WMAP uočila je kozmičkog smanjenje temperature mikrovalne pozadine, Astrophysical J. 648:176, 2006, te je potvrđena od strane drugih: Bielby, R.M. and Shanks, T., Anomalous Anomalan SZ doprinos 3-godišnjim WMAP podatcima, MNRAS 382:1196–1202, 2007; Diego, J.M. and Partridge, B., The Sunyaev–Zel’dovich Effect in Wilkinson Microwave Anisotropy Probe data, MNRAS 402:1179–1194, 2010; Jiang, B-Z., Lieu, R., Zhang S-N., and Walker, B., Significant foreground unrelated non-acoustic anisotropy on the 1 degree scale in Wilkinson Microwave Anisotropy probe 5-year observations, Astrophysical J. 708:375–380, 2010. Natrag na tekst.
  5. Planck Collaboration, Planck early results, XII, Cluster Sunyaev-Zeldovich optical scaling relations, Astronomy & Astrophysics 536:A12, 2011. Natrag na tekst.
  6. Hartnett, J.G., The big bang fails another test. creation.com/images/pdfs/tj/j20_3/j20_3_15-16.pdf. J.Creation 20(3):15–16, 2006. Natrag na tekst.
  7. Lieu, R., Mittaz, J.P.D., and Zhang, S.N., The Sunyaev–Zel’dovich Effect in a sample of 31 clusters: a comparison between the x-ray predicted and WMAP observed cosmic microwave background temperature decrement, Astrophysical J. 648:176, 2006 Natrag na tekst.
  8. CMB temperatura klastera je za viša za faktor (1+z), gdje je z crveni pomak klastera. Natrag na tekst.
  9. Modeliranje klastera mora točno reproducirati gustoću elektrona medija koji prožima galaktički klaster (ICM). CMB fotoni, s temperaturom 2.725 (1 + z) K pri ulasku u klaster, nakupljaju energiju od elektrona u ICM-u, ali se zbog svog izotropnog raspršenja lagano hlade u liniji vida prema promatraču u odnosu na ono što bi se očekivalo da ih SZE ne raspršuje. Dakle, ovi su fotoni malo manje ‘topli’nego što se očekivalo. To je efekt sjene. Natrag na tekst.
  10. Xiao, W., Chen, C., Zhang, B., Wu, Y., and Dai, M., Sunyaev–Zel’dovich effect or not? Detecting the main foreground effect of most galaxy clusters, MNRASL 432:L41–L45, 2013; academic.oup.com/mnrasl/article/432/1/L41/1137531. Natrag na tekst.
  11. Klasteri detektirani pomoću sjena CMB-a koje se pripisuju SZE-u. Natrag na tekst.
  12. To se uglavnom svodi na ono što ja nazivam ‘skupljanje žigova’(stvaranje kolekcije sličnih predmeta) i statističke argumente na temelju toga postoji li, ili ne, reprezentativan uzorak. Ali zbog inherentnog ograničenja onoga što se ne možete vidjeti u kozmosu, čak je i to podložno modeliranju. Natrag na tekst.