Wilkinson Mikrowellen-Anisotropie-Sonde - Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

Wilkinson Mikrowellen-Anisotropie-Sonde
WMAP-Raumschiff.jpg
Künstlerische Darstellung von WMAP
Namen KARTEN-
Explorer 80
Missionstyp CMBR- Astronomie
Operator NASA
COSPAR-ID 2001-027A
SATCAT- Nr. 26859
Webseite map.gsfc.nasa.gov
Missionsdauer 9 Jahre, 1 Monat, 2 Tage (vom Start bis zum Ende der Erfassung wissenschaftlicher Daten)
Eigenschaften von Raumfahrzeugen
Hersteller NASA  / NRAO
Startmasse 835 kg (1.841 lb)
Trockenmasse 763 kg (1.682 lb)
Maße 3,6 m × 5,1 m (12 Fuß × 17 Fuß)
Leistung 419 W
Missionsbeginn
Erscheinungsdatum 19:46:46, 30. Juni 2001 (UTC) ( 2001-06-30T19:46:46Z )
Rakete Delta II 7425-10
Startplatz Cape Canaveral SLC-17
Ende der Mission
Entsorgung Passiviert
Deaktiviert Letzten Befehl erhalten 20. Oktober 2010 ; übermittelte letzte Daten 19. August 2010 ( 2010-10-20 )
Bahnparameter
Referenzsystem L 2  Punkt
Regime Lissajous
Hauptteleskop
Typ Gregorianisch
Durchmesser 1,4 m × 1,6 m (4,6 Fuß × 5,2 Fuß)
Wellenlängen 23 GHz bis 94 GHz
Instrumente
WMAP-Collage.jpg
NASA-Collage von WMAP-bezogenen Bildern (Raumsonde, CMB-Spektrum und Hintergrundbild)
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Die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ( WMAP ), ursprünglich bekannt als Microwave Anisotropy Probe ( MAP ), ist ein inaktives unbemanntes Raumfahrzeug, das von 2001 bis 2010 in Betrieb war und Temperaturunterschiede am Himmel im kosmischen Mikrowellenhintergrund  (CMB) maß – die verbleibende Strahlungswärme vom Urknall . Die von Professor Charles L. Bennett von der Johns Hopkins University geleitete Mission wurde in einer gemeinsamen Partnerschaft zwischen dem NASA Goddard Space Flight Center und der Princeton University entwickelt . Die Raumsonde WMAP wurde am 30. Juni 2001 von Florida aus gestartet. Die WMAP-Mission folgte der COBE- Weltraummission und war die zweite Raumsonde der Mittelklasse (MIDEX) im NASA Explorers-Programm . Im Jahr 2003 wurde MAP zu Ehren des Kosmologen David Todd Wilkinson (1935–2002), der Mitglied des Wissenschaftsteams der Mission war, in WMAP umbenannt . Nach neun Jahren Betrieb wurde WMAP 2010 nach dem Start der fortschrittlicheren Raumsonde Planck durch die Europäische Weltraumorganisation im Jahr 2009 abgeschaltet .

Die Messungen von WMAP spielten eine Schlüsselrolle bei der Etablierung des aktuellen Standardmodells der Kosmologie: des Lambda-CDM-Modells . Die WMAP-Daten passen sehr gut zu einem Universum, das von dunkler Energie in Form einer kosmologischen Konstante dominiert wird . Andere kosmologische Daten sind ebenfalls konsistent und schränken das Modell zusammen stark ein. Im Lambda-CDM - Modell des Universums, das Alter des Universums ist13,772 ± 0,059 Milliarden Jahre. Die Bestimmung des Alters des Universums durch die WMAP-Mission ist auf mehr als 1% genau. Die aktuelle Expansionsrate des Universums ist (siehe Hubble-Konstante )69,32 ± 0,80 km·s –1 ·Mpc –1 . Der Inhalt des Universums besteht derzeit aus4,628% ± 0,093% gewöhnliche baryonische Materie ;24,02%+0,88%
−0,87%
kalte dunkle Materie (CDM), die weder Licht emittiert noch absorbiert; und71,35%+ 0,95%
-0,96%
der dunkle Energie in Form einer kosmologischen Konstante, beschleunigt die Expansion des Universums . Weniger als 1% des aktuellen Inhalts des Universums sind Neutrinos, aber die Messungen von WMAP haben 2008 zum ersten Mal ergeben, dass die Daten die Existenz eines kosmischen Neutrinohintergrunds mit einer effektiven Anzahl von Neutrinoarten von . bevorzugen3,26 ± 0,35 . Der Inhalt zeigt auf eine euklidische flache Geometrie mit einer Krümmung ( ) von−0,0027+0,0039
−0,0038
. Die WMAP-Messungen unterstützen auch das kosmische Inflationsparadigma in mehrfacher Hinsicht, einschließlich der Flachheitsmessung.

Die Mission wurde mit verschiedenen Preisen ausgezeichnet: Laut dem Magazin Science war die WMAP 2003 der Durchbruch des Jahres . Die Ergebnispapiere dieser Mission belegten den ersten und zweiten Platz in der Liste "Super Hot Papers in Science Since 2003". Von den am häufigsten zitierten Artikeln in Physik und Astronomie in der INSPIRE-HEP- Datenbank wurden seit 2000 nur drei veröffentlicht, und alle drei sind WMAP-Publikationen. Bennett, Lyman A. Page Jr. und David N. Spergel, letztere beide von der Princeton University, teilten sich den Shaw-Preis 2010 in Astronomie für ihre Arbeit an WMAP. Bennett und das WMAP-Wissenschaftsteam wurden 2012 mit dem Gruber-Preis für Kosmologie ausgezeichnet. Der Breakthrough Prize 2018 in Fundamental Physics wurde an Bennett, Gary Hinshaw, Norman Jarosik, Page, Spergel und das WMAP-Wissenschaftsteam verliehen.

Ab Oktober 2010 ist das WMAP Raumschiff Bricht in einer heliozentrischen Friedhofsbahn nach 9 Jahren von Operationen. Alle WMAP-Daten werden der Öffentlichkeit zugänglich gemacht und sorgfältig geprüft. Die letzte offizielle Datenfreigabe war die Neun-Jahres-Veröffentlichung im Jahr 2012.

Einige Aspekte der Daten sind für das Standardmodell der Kosmologie statistisch ungewöhnlich. Zum Beispiel ist die größte Winkelskalenmessung, das Quadrupolmoment , etwas kleiner als das Modell vorhersagen würde, aber diese Diskrepanz ist nicht sehr signifikant. Ein großer Cold Spot und andere Merkmale der Daten sind statistisch signifikanter, und die Forschung zu diesen wird fortgesetzt.

Ziele

Die Zeitleiste des Universums, vom Urknall bis zur WMAP

Das WMAP-Ziel war es, die Temperaturunterschiede in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB) zu messen . Die Anisotropien wurden dann verwendet, um die Geometrie, den Inhalt und die Entwicklung des Universums zu messen ; und das Urknallmodell und die kosmische Inflationstheorie zu testen . Dafür erstellte die Mission eine vollständige Himmelskarte des CMB mit einer Auflösung von 13 Bogenminuten durch Mehrfrequenzbeobachtung. Die Karte erforderte die wenigsten systematischen Fehler , kein korreliertes Pixelrauschen und eine genaue Kalibrierung, um eine Winkelgenauigkeit zu gewährleisten, die größer als ihre Auflösung war. Die Karte enthält 3.145.728 Pixel und verwendet das HEALPix- Schema, um die Kugel zu verpixeln. Das Teleskop maß auch die E-Mode-Polarisation und die Vordergrundpolarisation des CMB. Die Lebensdauer betrug 27 Monate; 3, um die Position L 2 zu erreichen , und 2 Jahre Beobachtung.

Ein Vergleich der Empfindlichkeit von WMAP mit COBE und dem Teleskop von Penzias und Wilson . Simulierte Daten.

Entwicklung

Die MAP-Mission wurde 1995 der NASA vorgeschlagen, 1996 für eine Definitionsstudie ausgewählt und 1997 zur Entwicklung genehmigt.

Der WMAP gingen zwei Missionen zur Beobachtung des CMB voraus; (i) der sowjetische RELIKT-1 , der die Obergrenzen-Messungen von CMB-Anisotropien meldete, und (ii) der US- Satellit COBE , der erstmals großräumige CMB-Fluktuationen meldete. Der WMAP war 45-mal empfindlicher und hatte eine 33-mal höhere Winkelauflösung als sein Vorgänger des COBE-Satelliten. Die europäische Nachfolgemission Planck (in Betrieb 2009–2013) hatte eine höhere Auflösung und höhere Empfindlichkeit als WMAP und wurde in 9 Frequenzbändern statt in den 5 von WMAP beobachtet, was verbesserte astrophysikalische Vordergrundmodelle ermöglichte.

Raumfahrzeug

WMAP-Raumschiff-Diagramm

Die primären reflektierenden Spiegel des Teleskops sind ein Paar gregorianische 1,4 m × 1,6 m- Spiegel (in entgegengesetzte Richtungen gerichtet), die das Signal auf ein Paar von 0,9 m × 1,0 m großen sekundären reflektierenden Spiegeln fokussieren. Sie sind für optimale Leistung geformt: eine Kohlefaserschale auf einem Korex- Kern, dünn beschichtet mit Aluminium und Siliziumoxid . Die Sekundärreflektoren übertragen die Signale an die gewellten Feedhorns, die auf einer Focal-Plane- Array-Box unter den Primärreflektoren sitzen .

Abbildung der WMAP-Empfänger

Die Empfänger sind Polarisations -sensitiven Differentialradiometer , den Unterschied zwischen zwei Teleskop Meßstrahlen. Das Signal wird mit rauscharmen HEMT -Verstärkern verstärkt , die vom National Radio Astronomy Observatory gebaut wurden . Es gibt 20 Feeds, 10 in jede Richtung, von denen ein Radiometer ein Signal sammelt; das Maß ist der Unterschied im Himmelssignal aus entgegengesetzten Richtungen. Die Richtungstrennungs Azimut 180 Grad beträgt; der Gesamtwinkel beträgt 141 Grad. Um die Subtraktion von Vordergrundsignalen von unserer Milchstraße zu verbessern , verwendete das WMAP fünf diskrete Funkfrequenzbänder von 23 GHz bis 94 GHz.

Eigenschaften von WMAP bei verschiedenen Frequenzen
Eigentum K-Band Ka-Band Q-Band V-Band W-Band
Zentrale Wellenlänge (mm) 13 9.1 7.3 4.9 3.2
Zentralfrequenz ( GHz ) 23 33 41 61 94
Bandbreite (GHz) 5,5 7,0 8.3 14,0 20,5
Strahlgröße (Winkelminuten) 52,8 39,6 30,6 21 13.2
Anzahl der Radiometer 2 2 4 4 8
Systemtemperatur ( K ) 29 39 59 92 145
Empfindlichkeit (mK s ) 0.8 0.8 1.0 1,2 1,6

Die Basis des WMAP ist ein 5,0m Durchmesser Solarpaneel Array, das die Instrumente in Schatten während CMB Beobachtungen hält, (durch das Handwerk ständig angewinkelt bei 22 Grad gehalten wird , relativ zu der Sonne). Auf dem Array sitzen ein unteres Deck (das die warmen Komponenten unterstützt) und ein oberes Deck. Die kalten Komponenten des Teleskops, das Focal-Plane-Array und die Spiegel, sind durch eine zylindrische, 33 cm lange thermische Isolationsschale auf dem Deck von den warmen Komponenten getrennt.

Passive Wärmestrahler kühlen den WMAP auf ungefähr 90 K (-183,2 °C; -297,7 °F); sie sind mit den rauscharmen Verstärkern verbunden . Das Teleskop verbraucht 419 W Leistung. Die verfügbaren Teleskopheizungen sind Not-Überlebensheizungen, und es gibt eine Senderheizung, die verwendet wird, um sie im ausgeschalteten Zustand zu erwärmen. Die Temperatur der WMAP-Raumsonde wird mit Platin-Widerstandsthermometern überwacht .

Die Kalibrierung des WMAP erfolgt mit dem CMB-Dipol und Messungen von Jupiter ; die Strahlmuster werden gegen Jupiter gemessen. Die Daten des Teleskops werden täglich über einen 2-GHz- Transponder übertragen , der einen 667- kbit/s- Downlink zu einer 70-m- Deep-Space-Network- Station bereitstellt . Das Raumfahrzeug hat zwei Transponder, einen redundanten Backup; sie sind minimal aktiv – etwa 40 Minuten täglich – um Funkstörungen zu minimieren . Die Position des Teleskops wird in seinen drei Achsen mit drei Reaktionsrädern , Gyroskopen , zwei Startrackern und Sonnensensoren gehalten und mit acht Hydrazin- Triebwerken gesteuert .

Start, Flugbahn und Umlaufbahn

Animation von WMAP ‚s Flugbahn
Schrägansicht
Von der Erde aus gesehen
   Erde  ·   WMAP

Das WMAP-Raumschiff erreichte das Kennedy Space Center am 20. April 2001. Nach zweimonatiger Testphase wurde es am 30. Juni 2001 mit der Rakete Delta II 7425 gestartet. Es begann fünf Minuten vor seinem Start mit seiner internen Energie zu arbeiten so weiterbetrieben, bis das Solarpanel-Array ausgefahren ist. Das WMAP wurde aktiviert und überwacht, während es abkühlte. Am 2. Juli nahm es seine Arbeit auf, zunächst mit In-Flight-Tests (vom Start bis zum 17. August), dann begann die ständige, formelle Arbeit. Danach führte es drei Erd-Mond-Phasenschleifen durch, vermisste seine Nebenkeulen , flog dann am 30. Juli am Mond vorbei zum Lagrange-Punkt Sonne-Erde L 2 , erreichte dort am 1. Oktober 2001 und wurde die erste CMB-Beobachtungsmission dort gepostet.

Die Positionierung des Raumfahrzeugs bei Lagrange 2 (1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt) stabilisiert es thermisch und minimiert die registrierten kontaminierenden Sonnen-, Erd- und Mondemissionen. Um den gesamten Himmel zu sehen, ohne zur Sonne zu schauen, zeichnet das WMAP einen Weg um L 2 in einer Lissajous-Umlaufbahn von ca. 1,0 Grad bis 10 Grad, mit einem Zeitraum von 6 Monaten. Das Teleskop dreht sich alle 2 Minuten, 9 Sekunden (0,464 U/min) und präzediert mit einer Geschwindigkeit von 1 Umdrehung pro Stunde. WMAP maß alle sechs Monate den gesamten Himmel und beendete seine erste Ganzhimmelbeobachtung im April 2002.

Subtraktion der Vordergrundstrahlung

Der WMAP wurde in fünf Frequenzen beobachtet und ermöglichte die Messung und Subtraktion der Vordergrundkontamination (aus der Milchstraße und extragalaktischen Quellen) des CMB. Die Hauptemissionsmechanismen sind Synchrotronstrahlung und freie Emission (die die niedrigeren Frequenzen dominieren) und die astrophysikalischen Staubemissionen (die die höheren Frequenzen dominieren). Die spektralen Eigenschaften dieser Emissionen tragen unterschiedlich stark zu den fünf Frequenzen bei und ermöglichen so deren Identifizierung und Subtraktion.

Verschmutzungen im Vordergrund werden auf verschiedene Weise entfernt. Ziehen Sie zunächst vorhandene Emissionskarten von den WMAP-Messungen ab; zweitens verwenden Sie die bekannten Spektralwerte der Komponenten, um sie zu identifizieren; drittens passen Sie gleichzeitig die Positions- und Spektrendaten der Vordergrundemission unter Verwendung zusätzlicher Datensätze an. Die Kontamination des Vordergrunds wurde reduziert, indem nur die Kartenteile des gesamten Himmels mit der geringsten Vordergrundkontamination verwendet wurden, während die verbleibenden Kartenteile maskiert wurden.

Die Fünfjahresmodelle der Vordergrundemission bei verschiedenen Frequenzen. Rot = Synchrotron; Grün = frei-frei; Blau = thermischer Staub.
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz

Messungen und Entdeckungen

Einjährige Datenfreigabe

Einjähriges WMAP-Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung (2003).

Am 11. Februar 2003 veröffentlichte die NASA die WMAP-Daten des ersten Jahres. Das neueste berechnete Alter und die Zusammensetzung des frühen Universums wurden präsentiert. Darüber hinaus wurde ein Bild des frühen Universums präsentiert, das "so erstaunliche Details enthält, dass es eines der wichtigsten wissenschaftlichen Ergebnisse der letzten Jahre sein könnte". Die neu veröffentlichten Daten übertreffen frühere CMB-Messungen.

Basierend auf dem Lambda-CDM-Modell erstellte das WMAP-Team kosmologische Parameter aus den Ergebnissen des ersten Jahres des WMAP. Drei Sätze sind unten angegeben; der erste und der zweite Satz sind WMAP-Daten; der Unterschied besteht in der Hinzufügung von Spektralindizes, Vorhersagen einiger Inflationsmodelle. Der dritte Datensatz kombiniert die WMAP-Einschränkungen mit denen aus anderen CMB-Experimenten ( ACBAR und CBI ) und Einschränkungen aus dem 2dF Galaxy Redshift Survey und Lyman Alpha Forest Messungen. Es gibt Degenerationen unter den Parametern, der signifikanteste liegt zwischen und ; die angegebenen Fehler haben eine Konfidenz von 68 %.

Best-fit kosmologische Parameter aus WMAP-Einjahresergebnissen
Parameter Symbol Beste Passform (nur WMAP) Beste Anpassung (WMAP, zusätzlicher Parameter) Beste Passform (alle Daten)
Alter des Universums ( Ga ) 13,4 ± 0,3 13,7 ± 0,2
Hubble-Konstante ( kmMpc ·s ) 72 ± 5 70 ± 5 71+4
-3
Baryonischer Inhalt 0,024 ± 0,001 0,023 ± 0,002 0,0224 ± 0,0009
Materielle Inhalte 0,14 ± 0,02 0,14 ± 0,02 0,135+0,008
−0,009
Optische Tiefe bis zur Reionisation 0,166+0,076
−0,071
0,20 ± 0,07 0,17 ± 0,06
Amplitude EIN 0,9 ± 0,1 0,92 ± 0,12 0,83+0,09
−0,08
Skalarer Spektralindex 0,99 ± 0,04 0,93 ± 0,07 0,93 ± 0,03
Laufen des Spektralindex −0,047 ± 0,04 −0,031+0,016
-0,017
Fluktuationsamplitude bei 8h −1 Mpc 0,9 ± 0,1 0,84 ± 0,04
Gesamtdichte des Universums 1,02 ± 0,02

Mit den am besten geeigneten Daten und theoretischen Modellen bestimmte das WMAP-Team die Zeiten wichtiger universeller Ereignisse, einschließlich der Rotverschiebung der Reionisation .17 ± 4 ; die Rotverschiebung der Entkopplung ,1089 ± 1 (und das Alter des Universums bei der Entkopplung,379+8
-7
 kyr
); und die Rotverschiebung der Gleichheit von Materie/Strahlung,3233+194
−210
. Sie bestimmten die Dicke der Oberfläche der letzten Streuung als195 ± 2 in Rotverschiebung, oder118+3
-2
 kyr
. Sie bestimmten die aktuelle Dichte der Baryonen ,(2,5 ± 0,1) × 10 −7  cm −1 und das Verhältnis von Baryonen zu Photonen,6.1+0,3
−0,2
× 10 -10
. Der Nachweis einer frühen Reionisation durch WMAP schloss warme dunkle Materie aus .

Das Team untersuchte auch die Emissionen der Milchstraße bei den WMAP-Frequenzen und erstellte einen 208- Punkte-Quellenkatalog .

Dreijährige Datenfreigabe

Dreijähriges WMAP-Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung (2006).

Die dreijährigen WMAP-Daten wurden am 17. März 2006 veröffentlicht. Die Daten umfassten Temperatur- und Polarisationsmessungen des CMB, die eine weitere Bestätigung des standardmäßigen flachen Lambda-CDM-Modells und neue Beweise zur Unterstützung der Inflation lieferten .

Allein die 3-Jahres-WMAP-Daten zeigen, dass das Universum dunkle Materie haben muss . Die Ergebnisse wurden sowohl nur unter Verwendung von WMAP-Daten als auch mit einer Mischung aus Parameterbeschränkungen von anderen Instrumenten berechnet, einschließlich anderer CMB-Experimente ( ACBAR , CBI und BOOMERANG ), SDSS , der 2dF Galaxy Redshift Survey , der Supernova Legacy Survey und Beschränkungen auf dem Hubble Konstante vom Hubble-Weltraumteleskop .

Optimale kosmologische Parameter aus den WMAP-Dreijahresergebnissen
Parameter Symbol Beste Passform (nur WMAP)
Alter des Universums ( Ga ) 13.73+0,16
-0,15
Hubble-Konstante ( kmMpc·s ) 73,2+3,1
-3,2
Baryonischer Inhalt 0,0229 ± 0,000 73
Materielle Inhalte 0,1277+0,0080
−0,0079
Optische Tiefe bis zur Reionisation 0,089 ± 0,030
Skalarer Spektralindex 0,958 ± 0,016
Fluktuationsamplitude bei 8h −1 Mpc 0,761+0,049
-0,048
Tensor-zu-Skalar-Verhältnis R < 0,65

[a] ^ Optische Tiefe der Reionisation aufgrund von Polarisationsmessungen verbessert.
[b] ^ < 0,30 bei Kombination mit SDSS- Daten. Kein Hinweis auf Nicht-Gaussianität.

Fünf-Jahres-Datenfreigabe

Fünfjahres-WMAP-Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung (2008).

Die fünfjährigen WMAP-Daten wurden am 28. Februar 2008 veröffentlicht. Die Daten enthielten neue Beweise für den kosmischen Neutrinohintergrund , Beweise dafür, dass es über eine halbe Milliarde Jahre dauerte, bis die ersten Sterne das Universum reionisierten, und neue Beschränkungen für die kosmische Inflation .

Die Fünfjahres-Gesamtintensitäts- und Polarisationsspektren von WMAP
Materie / Energie - Gehalt im aktuellen Universum (oben) und zum Zeitpunkt der Photon Entkopplung in der Rekombination Epoche 380.000 Jahre nach dem Urknall (unten)

Die Verbesserung der Ergebnisse resultierte sowohl aus 2 zusätzlichen Messjahren (der Datensatz läuft zwischen dem 10 Instrument, vor allem der Strahlformen. Sie nutzen die 33-GHz-Beobachtungen auch zur Schätzung kosmologischer Parameter; zuvor wurden nur die Kanäle 41 GHz und 61 GHz verwendet.

Verbesserte Masken wurden verwendet, um Vordergründe zu entfernen. Verbesserungen der Spektren waren beim 3. akustischen Peak und den Polarisationsspektren.

Die Messungen schränkten den Inhalt des Universums zum Zeitpunkt der Emission des CMB ein; Damals bestand das Universum zu 10 % aus Neutrinos, zu 12 % aus Atomen, zu 15 % aus Photonen und zu 63 % aus Dunkler Materie. Der Beitrag der dunklen Energie war damals vernachlässigbar. Es beschränkte auch den Inhalt des heutigen Universums; 4,6% Atome, 23% Dunkle Materie und 72% Dunkle Energie.

Die WMAP-Fünfjahresdaten wurden mit Messungen von Typ Ia Supernova (SNe) und Baryon Acoustic Oszillations (BAO) kombiniert .

Die elliptische Form der WMAP-Skymap ist das Ergebnis einer Mollweide-Projektion .

Best-fit kosmologische Parameter aus WMAP-Fünf-Jahres-Ergebnissen
Parameter Symbol Beste Passform (nur WMAP) Beste Passform (WMAP + SNe + BAO)
Alter des Universums (Ga) 13,69 ± 0,13 13,72 ± 0,12
Hubble-Konstante ( kmMpc·s ) 71,9+2,6
-2,7
70,5 ± 1,3
Baryonischer Inhalt 0,022 73 ± 0,000 62 0,022 67+0.000 58
−0.000 59
Gehalt an kalter dunkler Materie 0,1099 ± 0,0062 0,1131 ± 0,0034
Dunkle Energie Inhalt 0,742 ± 0,030 0,726 ± 0,015
Optische Tiefe bis zur Reionisation 0,087 ± 0,017 0,084 ± 0,016
Skalarer Spektralindex 0,963+0,014
-0,015
0,960 ± 0,013
Laufen des Spektralindex −0,037 ± 0,028 −0,028 ± 0,020
Fluktuationsamplitude bei 8h −1 Mpc 0,796 ± 0,036 0,812 ± 0,026
Gesamtdichte des Universums 1.099+0,100
-0,085
1.0050+0,0060
−0,0061
Tensor-zu-Skalar-Verhältnis R < 0,43 < 0,22

Die Daten begrenzen den Wert des Tensor-zu-Skalar-Verhältnisses, r < 0,22 (95% Sicherheit), das das Niveau bestimmt, bei dem Gravitationswellen die Polarisation des CMB beeinflussen, und begrenzen auch die Menge der ursprünglichen Nicht- -Gaußianität . Die Rotverschiebung der Reionisation wurde verbessert, d. h10.9 ± 1.4 , die Rotverschiebung der Entkopplung ,1 090 , 88 ± 0,72 (sowie Alter des Universums bei Entkopplung,376.971+3.162
−3.167
 kyr
) und die Rotverschiebung der Gleichheit von Materie/Strahlung,3253+89
-87
.

Der extragalaktische Quellenkatalog wurde auf 390 Quellen erweitert und Variabilität in der Emission von Mars und Saturn nachgewiesen .

Die Fünfjahreskarten mit unterschiedlichen Frequenzen von WMAP mit Vordergrund (das rote Band)
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz

Siebenjährige Datenfreigabe

7-Jahres-WMAP-Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung (2010).

Die siebenjährigen WMAP-Daten wurden am 26. Januar 2010 veröffentlicht. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wurden Behauptungen wegen Inkonsistenzen mit dem Standardmodell untersucht. Die meisten erwiesen sich als statistisch nicht signifikant und wahrscheinlich aufgrund einer a-posteriori- Auswahl (wo man eine seltsame Abweichung sieht, aber nicht richtig berücksichtigt, wie intensiv man gesucht hat; eine Abweichung mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:1000 wird normalerweise gefunden, wenn man es versucht tausendmal). Für die verbleibenden Abweichungen gibt es keine alternativen kosmologischen Vorstellungen (zum Beispiel scheint es Korrelationen mit dem ekliptischen Pol zu geben). Es scheint sehr wahrscheinlich, dass diese auf andere Effekte zurückzuführen sind, wobei der Bericht Unsicherheiten in der genauen Strahlform und andere mögliche kleine verbleibende Instrumenten- und Analyseprobleme erwähnt.

Die andere Bestätigung von großer Bedeutung ist die Gesamtmenge an Materie/Energie im Universum in Form von dunkler Energie – 72,8 % (innerhalb von 1,6 %) als Nicht-Partikel-Hintergrund und dunkler Materie – 22,7 % (innerhalb von 1,4 %) von nicht baryonischer (subatomarer) 'Teilchen'-Energie. Dadurch bleiben Materie oder baryonische Teilchen (Atome) nur noch bei 4,56% (innerhalb von 0,16%).

Best-fit kosmologische Parameter aus WMAP-Sieben-Jahres-Ergebnissen
Parameter Symbol Beste Passform (nur WMAP) Beste Anpassung (WMAP + BAO + H 0 )
Alter des Universums (Ga) 13,75 ± 0,13 13,75 ± 0,11
Hubble-Konstante ( kmMpc·s ) 71,0 ± 2,5 70,4+1,3
-1,4
Baryon Dichte 0,0449 ± 0,0028 0,0456 ± 0,0016
Physikalische baryon Dichte 0,022 58+0.000 57
−0.000 56
0,022 60 ± 0,000 53
Dichte der Dunklen Materie 0,222 ± 0,026 0,227 ± 0,014
Physikalische Dichte der Dunklen Materie 0,1109 ± 0,0056 0,1123 ± 0,0035
Dunkle Energie Dichte 0,734 ± 0,029 0,728+0,015
-0,016
Fluktuationsamplitude bei 8h −1 Mpc 0,801 ± 0,030 0,809 ± 0,024
Skalarer Spektralindex 0,963 ± 0,014 0,963 ± 0,012
Optische Tiefe der Reionisation 0,088 ± 0,015 0,087 ± 0,014
*Gesamtdichte des Universums 1.080+0,093
−0,071
1.0023+0,0056
−0,0054
*Tensor-zu-Skalar-Verhältnis, k 0 = 0,002 Mpc −1 R < 0,36 (95% CL) < 0,24 (95% CL)
*Laufen des Spektralindex, k 0 = 0,002 Mpc −1 −0,034 ± 0,026 −0,022 ± 0,020
Hinweis: * = Parameter für erweiterte Modelle
(Parameter begrenzen Abweichungen
vom Lambda-CDM-Modell )
Die Siebenjahreskarten mit unterschiedlichen Frequenzen von WMAP mit Vordergrund (das rote Band)
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz
23 GHz 33 GHz 41 GHz 61 GHz 94 GHz

Neunjährige Datenfreigabe

9-Jahres-WMAP-Bild der kosmischen Hintergrundstrahlung (2012).

Am 20. Dezember 2012 wurden die neunjährigen WMAP-Daten und die dazugehörigen Bilder veröffentlicht. Im Bild sind 13,772 ± 0,059 Milliarden Jahre alte Temperaturschwankungen und ein Temperaturbereich von ± 200 Mikrokelvin dargestellt. Darüber hinaus ergab die Studie, dass 95 % des frühen Universums aus dunkler Materie und dunkler Energie bestehen , die Krümmung des Raums weniger als 0,4 Prozent „flach“ beträgt und das Universum aus dem kosmischen Dunklen Zeitalter „etwa 400 Millionen Jahre“ hervorgegangen ist. nach dem Urknall .

Best-fit kosmologische Parameter aus WMAP-Neun-Jahres-Ergebnissen
Parameter Symbol Beste Passform (nur WMAP) Beste Anpassung (WMAP + eCMB + BAO + H 0 )
Alter des Universums (Ga) 13,74 ± 0,11 13,772 ± 0,059
Hubble-Konstante ( kmMpc·s ) 70,0 ± 2,2 69,32 ± 0,80
Baryon Dichte 0,0463 ± 0,0024 0,046 28 ± 0,000 93
Physikalische baryon Dichte 0,022 64 ± 0,000 50 0,022 23 ± 0,000 33
Dichte der kalten dunklen Materie 0,233 ± 0,023 0,2402+0,0088
-0,0087
Physikalische Dichte der kalten dunklen Materie 0,1138 ± 0,0045 0,1153 ± 0,0019
Dunkle Energie Dichte 0,721 ± 0,025 0,7135+0,0095
−0,0096
Dichteschwankungen bei 8h −1 Mpc 0,821 ± 0,023 0.820+0,013
−0,014
Skalarer Spektralindex 0,972 ± 0,013 0,9608 ± 0,0080
Optische Tiefe der Reionisation 0,089 ± 0,014 0,081 ± 0,012
Krümmung 1 −0,037+0,044
-0,042
−0,0027+0,0039
−0,0038
Tensor-zu-Skalar-Verhältnis (k 0 = 0,002 Mpc −1 ) R < 0,38 (95% CL) < 0,13 (95% CL)
Laufender skalarer Spektralindex −0,019 ± 0,025 −0,023 ± 0,011

Hauptergebnis

Interviews mit Charles Bennett und Lyman Page über WMAP.

Das Hauptergebnis der Mission ist in den verschiedenen ovalen Karten der CMB-Temperaturunterschiede enthalten. Diese ovalen Bilder zeigen die Temperaturverteilung, die das WMAP-Team aus den Beobachtungen des Teleskops während der Mission abgeleitet hat. Gemessen wird die Temperatur, die aus einer Interpretation des Planckschen Gesetzes des Mikrowellenhintergrunds erhalten wird. Die ovale Karte bedeckt den ganzen Himmel. Die Ergebnisse sind eine Momentaufnahme des Universums rund 375.000 Jahre nach dem Urknall , der vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand. Der Mikrowellenhintergrund ist in der Temperatur sehr homogen (die relativen Abweichungen vom Mittelwert, der derzeit noch 2,7 Kelvin beträgt, liegen nur in der Größenordnung von5 × 10 –5 ). Die den lokalen Richtungen entsprechenden Temperaturschwankungen werden durch verschiedene Farben dargestellt (die "roten" Richtungen sind heißer, die "blauen" Richtungen kühler als der Durchschnitt).

Folgemissionen und zukünftige Messungen

Der ursprüngliche Zeitplan für WMAP sah zwei Jahre Beobachtungen vor; diese wurden bis September 2003 abgeschlossen. Missionsverlängerungen wurden 2002, 2004, 2006 und 2008 gewährt, was der Raumsonde insgesamt 9 Beobachtungsjahre gab, die im August 2010 endeten und im Oktober 2010 auf eine heliozentrische "Friedhofs" -Umlaufbahn außerhalb bewegt wurden L2, in dem er alle 15 Jahre 14 Mal die Sonne umkreist.

Vergleich der CMB- Ergebnisse von COBE , WMAP und Planck – 21. März 2013.

Die Raumsonde Planck hat von 2009 bis 2013 auch die CMB gemessen und zielt darauf ab, die von WMAP durchgeführten Messungen sowohl in Bezug auf die Gesamtintensität als auch die Polarisation zu verfeinern. Verschiedene boden- und ballongestützte Instrumente haben auch Beiträge zum CMB geleistet, und andere werden dafür gebaut. Viele zielen darauf ab, nach der B-Mode-Polarisation zu suchen, die von den einfachsten Inflationsmodellen erwartet wird, darunter EBEX , Spider , BICEP2 , Keck , QUIET , CLASS , SPTpol und andere.

Am 21. März 2013 veröffentlichte das europäisch geführte Forschungsteam der Planck-Kosmologiesonde die Himmelskarte der Mission des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Die Karte deutet darauf hin, dass das Universum etwas älter ist als bisher angenommen. Laut der Karte wurden dem Deep Sky subtile Temperaturschwankungen eingeprägt, als der Kosmos etwa 370.000 Jahre alt war. Der Abdruck spiegelt Wellen wider, die bereits in der Existenz des Universums als das erste Nichtmillionstel (10 −30 ) einer Sekunde entstanden sind. Anscheinend haben diese Wellen das gegenwärtige riesige kosmische Netz aus Galaxienhaufen und dunkler Materie hervorgebracht . Basierend auf den Daten von 2013 enthält das Universum 4,9% gewöhnliche Materie , 26,8% dunkle Materie und 68,3% dunkle Energie . Am 5. Februar 2015 wurden von der Planck-Mission neue Daten veröffentlicht, wonach das Alter des Universums 13,799 ± 0,021 Milliarden Jahre beträgt und die Hubble-Konstante mit 67,74 ± 0,46 (km/s)/Mpc gemessen wurde .

Siehe auch

Verweise

Primäre Quellen

Weiterlesen

Externe Links