Wat gebeurde er in de eerste microseconden na de oerknal?

Inhoudsopgave:

Wat gebeurde er in de eerste microseconden na de oerknal?
Wat gebeurde er in de eerste microseconden na de oerknal?
Anonim

Onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen hebben ontdekt wat er binnen de eerste microseconde na de oerknal is gebeurd met een bepaald type plasma - de allereerste materie in het heelal. Hun ontdekking legt een stukje van de puzzel bloot over de evolutie van het universum zoals we het nu kennen: de moderne wetenschap zegt dat ons universum ongeveer 14 miljard jaar geleden van een veel hetere en dichtere toestand naar een radicaal uitdijende toestand ging - een proces dat de Oerknal. En hoewel we weten dat deze snelle expansie deeltjes, atomen, sterren, sterrenstelsels en leven op onze planeet heeft voortgebracht, zijn de details over hoe het universum precies is ontstaan, nog steeds onbekend. Het nieuwe werk werpt volgens de auteurs licht op de allereerste momenten van het bestaan van alle dingen. De verkregen resultaten stelden onderzoekers in staat om stap voor stap de evolutie van het vroege heelal te herstellen - met behulp van de Large Hadron Collider van CERN konden natuurkundigen dat kleine tijdvenster waarin het hele heelal relatief compact was, nabootsen.

Hoe is het universum ontstaan?

De meest gefundeerde theorie over de oorsprong van ons universum zegt dat het werd geboren in het proces van de oerknal. De onderzoekers kwamen tot deze conclusie door de sterrenstelsels te observeren - ze bewegen zich met een enorme snelheid in alle richtingen van de onze weg, alsof ze worden aangedreven door een oude explosieve kracht.

Een Belgische priester genaamd Georges Lemaitre stelde voor het eerst de Big Bang-theorie voor in de jaren 1920, wat suggereert dat het universum begon met een enkel atoom. Dit idee is ontwikkeld dankzij de observaties van Edwin Hubble, evenals de ontdekking in de jaren zestig van de kosmische microgolfachtergrondstraling (relikwiestraling of de echo van de oerknal) door Arno Penzias en Robert Wilson.

Image
Image

CMB is microgolfachtergrondstraling die in alle richtingen hetzelfde is. Heeft een spectrum dat kenmerkend is voor een absoluut zwart lichaam bij een temperatuur van ~ 2,7 K.

Verder werk van wetenschappers hielp het tempo van de oerknal te verduidelijken. Dit is wat National Geographic erover schrijft:

In de eerste fracties van een seconde van zijn bestaan was het heelal erg compact - minder dan een miljoen miljard miljarden miljarden in grootte van één atoom. In zo'n onvoorstelbaar dichte energietoestand wordt aangenomen dat vier fundamentele krachten - zwaartekracht, elektromagnetisme en sterke en zwakke nucleaire interacties - werden gecombineerd tot één geheel. Hoe dit precies gebeurde en hoe de zwaartekracht op subatomaire schaal werkt, blijft echter een mysterie.

De onderzoekers merken ook op dat in de loop van de tijd en de afkoeling van de materie in het universum, zich meer diverse soorten deeltjes begonnen te vormen, die uiteindelijk condenseerden tot sterren en sterrenstelsels. Opmerkelijk is dat tegen de tijd dat het universum een miljardste van een seconde oud was, het voldoende was afgekoeld om de vier fundamentele krachten van elkaar te scheiden, waardoor fundamentele deeltjes konden worden gevormd.

Image
Image

Eerder onderzoek hierin heeft aangetoond dat quark-gluon plasma bestaat.

En toch was het niet heet genoeg in het heelal, en veel van de deeltjes die we tegenwoordig kennen (bijvoorbeeld het proton), hadden eenvoudigweg geen tijd om zich te vormen. Later, terwijl het universum zich verder uitbreidde, bleef deze gloeiend hete oersoep, quark-gluonplasma genaamd, afkoelen. Dit is hoe we tot het meest interessante komen - onlangs konden onderzoekers van CERN die bij de Large Hadron Collider werkten het quark-gluon-plasma recreëren.

De allereerste materie in het universum

Dus met quark-gluonplasma bedoelen onderzoekers de materie die bestond tijdens de eerste microseconde na de oerknal. De onderzoekers merken op dat het plasma, bestaande uit quarks en gluonen, werd gescheiden door de hete uitzetting van het heelal, waarna de restanten van de quark werden omgezet in zogenaamde hadronen.

Een hadron met drie quarks vormt een proton, dat deel uitmaakt van atoomkernen. Deze kernen zijn de bouwstenen waaruit de aarde, onszelf en het universum om ons heen bestaat.

Zoals de auteurs van het wetenschappelijke werk ontdekten, was quark-gluonplasma (QGP) aanwezig in de eerste 0,000001 seconden van de oerknal en verdween toen door de uitdijing van het heelal. Maar met de hulp van de LHC van CERN konden onderzoekers deze eerste kwestie nabootsen en nagaan wat ermee gebeurde.

"De versneller botst ionen uit het plasma met een hoge snelheid - bijna als de snelheid van het licht. Dit stelt ons in staat om te zien hoe QGP is geëvolueerd van zijn eigen materie naar atoomkernen en de bouwstenen van het leven, "vertelde hoofdauteur Yu Zhou aan Phys.org.

Image
Image

Het Melkwegstelsel is een van honderden miljarden van hetzelfde

Lange tijd dachten onderzoekers dat het plasma een vorm van gas was, maar een nieuwe analyse bevestigde dat het plasma glad was en een gladde, zachte textuur had zoals water. Er zijn ook nieuwe details aangetoond die aantonen dat plasma in de loop van de tijd van vorm is veranderd, wat verrassend en heel anders is dan alle andere bekende materie.

Dit is interessant: wat weten wetenschappers over de leeftijd en de uitdijing van het heelal?

“Elke ontdekking is een steen die onze kansen vergroot om de waarheid over de oerknal te leren kennen. Het kostte ons ongeveer 20 jaar om erachter te komen dat quark-gluonplasma vloeibaar was voordat het in hadronen en de bouwstenen van het leven veranderde. Daarom is onze nieuwe kennis over het constant veranderende gedrag van plasma een echte doorbraak, - schrijven de auteurs van de studie.

Aanbevolen: