Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ВЫЯВЛЕНИЕ ВРЕМЕННОЙ АНИЗОТРАПИИ МИКРОВОЛНОВОГО РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ЗОНДА «PLANСK» НА ЧАСТОТНЫХ КАНАЛАХ 30 и 44 ГГЦ

Авторы:
Город:
Орел
ВУЗ:
Дата:
04 августа 2018г.

Анизотропия микроволнового реликтового излучения впервые была экспериментально обнаружена со спутника «Прогноз-9» в ходе эксперимента «Реликт» в 1983 году [1].

Наиболее точные измерения анизотропии этой температуры были выполнен в ходе миссии зонда «PLANСK», функционировавшего в 2009 – 2013 годы [2]. Отсчетные устройства зонда обеспечивали измерения температурной анизотропии с семью значащими цифрами. Измерения длились в течение четырех лет и относились к двум частотным диапазонам. Нижний диапазон включал частотные каналы 30; 44 и 70 ГГц, верхний - 100; 143; 217; 35; 545 и 857 ГГц. При этом частоты 30 и 44 ГГц были использованы для дальнейшего анализа, как наиболее полно представленные в опубликованных данных.

Результаты измерений были интегрированы по полугодичным циклам. Таким образом, за время эксплуатации спутника было выполнено восемь подобных циклов измерений.

Данные,    полученные    с     зонда    «PLANСK»      и     опубликованные    в     открытых    источниках, демонстрируют наличие пространственной анизотропии фонового излучения. Она представляет собой превышение температурой числового значения           T0=2,72548±0,00057К. При этом оказалось, что положительная часть диапазона значений анизотропии существенно превышает по ширине отрицательную часть.

На рис. 1 изображены распределения температурной анизотропии микроволнового реликтового излучения по небесной сфере, измеренные [3] в ходе второго (а) - (б) и первого (в) - (г) измерительных циклов, на частотах 30 ГГц (а; в), и 44 ГГц (б; г) соответственно. Под графиками рисунка приведена шкала температурной анизотропии.

На рис. 2 изображены графики статистических функций распределения анизотропии микроволнового реликтового излучения построенные по 12.582.912 направлениям небесной сферы. Рис. 2 (а, в) характеризует измерения с частотой 30 ГГц, а рис.2 (б, г) - с частотой 44 ГГц. Рисунки (а) и (б) соответствуют второму полугодичному измерительному циклу, а рисунки (с) и (д) - первому.

На графиках рис. 2 по оси абсцисс отложены интервалы температурной анизотропии T, а по оси ординат - количества f(T) попаданий измеренными значениями анизотропии в отложенные по оси абсцисс интервалы. В связи со значительными изменениями значений величины f(T) в пределах графиков их оси ординат отградуированы в логарифмическом масштабе единиц.

Анализ графиков рис. 2 (а - г) показывает, что температурная анизотропия характеризуется средними значениями T0 – соответственно 0,189; 0,188; 0,113 и 0,116 мкК, а также значениями средних квадратических отклонений σ анизотропии от ее средних значений, равных соответственно 0,467; 0,466; 0,364 и 0,362 мкК.

На графиках рисунка 2 отложены также границы интервалов с наиболее вероятными значениями анизотропии. Эти интервалы ограничены значениями трех средних квадратических отклонений от среднего значения. Вероятности обнаружения температурной анизотропии приходящейся на эти интервалы составляют 0,775 и 0,774 для частоты 30 ГГц, а также 0,916 и 0,922 для частоты 44 ГГц. Первые из приведенных здесь значений соответствуют левым хвостам распределений для каждой из частот, а вторые – правым.

Заметим, что средние значения температуры для частоты 30 ГГц отличаются от средних значений для частоты 44 ГГц менее чем на одно среднее квадратическое отклонение от среднего, как для первого, так и для второго измерительных циклов. Это свидетельствует о том, что систематические отклонения в результатах измерений между двумя частотными каналами следует считать пренебрежимо малыми для дальнейшего анализа.

Сами средние квадратические отклонения от среднего значения в пределах каждого измерительного цикла, различаются по обоим частотам менее, чем на одно среднее квадратическое отклонение.



Рисунок 2 - Статистические распределения температурной анизотропии микроволнового реликтового излучения, измеренные в ходе второго (а) - (б), и первого (в) - (г) измерительных циклов, а также разностей их соответствующих значений (д) - (е) для частот 30 ГГц (а; в; д), и 44 ГГц (б; г; е)

Изложенное свидетельствует о том, что разница между случайными погрешностями по двум частотным каналам не вносит существенного влияния в интерпретацию результатов измерений. Указанные особенности позволяют устанавливать корреляционные связи между временными изменениями результатов измерений на различных частотных каналах, то есть выявлять временную составляющую анизотропии микроволнового реликтового излучения.

На рисунке 2 (д - е) представлены статистические распределения разностей ΔT значений T температурной анизотропии между вторым и первым измерительными циклами на частотах 30 ГГц и 44 ГГц соответственно. В связи со значительными изменениями значений величины f(T) в пределах графиков их оси ординат также отградуированы в логарифмическом масштабе единиц.

Средние значения ΔT0 разностей ΔT температурной анизотропии T оказались практически равными нулю для обеих частот измерения. Значения средних квадратических отклонений изменений температурной анизотропии от ее среднего значения составили - 0,228 и 0,270 мкК для частот 30 ГГц и 44 ГГц соответственно. На графиках отложены также границы интервалов с наиболее вероятными значениями разностей. Эти интервалы ограничены значениями трех средних квадратических отклонений от среднего. За пределами этих интервалов находятся левый и правый хвосты распределений.

На рисунке 3 изображены интегральные функции F(ΔT) распределения хвостов распределений изображенных на рис. 2 (д – е). Левые хвосты показаны на рис. 3 (а - б), правые – на рис. 3 (в - г). Частоте 30 ГГц соответствуют рис. 2 (а, в), а частоте 44 ГГц - рис. 2 (б, г). Хвосты распределений характеризуются таблицей. Ее вторые столбцы содержат количества измерений, приходящихся на левые, либо правые хвосты распределений на той или иной частоте. Третий столбец содержит значения столбца 2, деленные на объем генеральной совокупности в 12.582.912 результатов измерений, то есть вероятности попадания одиночного результата в тот или иной хвост, относящийся к той или иной частоте в отдельности.

Четвертый столбец содержит произведение вероятностей, взятых для одинаковых хвостов по каждой из двух рассматриваемых частот, т.е. вероятности попадания результата измерений в хвосты распределений на обоих частотах. В пятом столбце содержится произведения вероятностей взятых из четвертого столбца на объем генеральной совокупности, то есть статистически обусловленные количества результатов измерения, попавших в тот или иной хвост на двух различных частотах. Шестой столбец содержит количества подобных попаданий, выявленных при анализе базы данных спутниковых измерений зонда «PLANСK».

Анализ табличных данных показывает, что для левых хвостов распределений количество одновременных попаданий в них результатов измерений для каждых их двух частот превышает теоретические значения на 59%. Аналогично для правых хвостов распределений количество попаданий в них результатов измерений для каждых их двух частот оказалось меньшим теоретического значения на 82 %.




Таблица – Характеристики хвостов распределений рис. 1 (д - е) и рис.2

 

Одночастотные измерения

Двухчастотные измерения

Хвосты

распределений

Количество

результатов

Вероятность

Вероятность

Вероятностное

количество результатов

Экспериментальное

количество результатов

1

2

3

4

5

6

Частота 30 ГГц

Частоты 30 и 44 ГГц

левый

961 869

0,07644

0,001422

17 899

28 278

правый

2 485 610

0,19753

0,022053

277 501

152 204

Частота 44 ГГц

 

 

 

левый

234 144

0,01860

 

 

 

правый

1 404 793

0,11164

 

 

 

левый

234 144

0,01860

 

 

 



Выявленное превышение количества частотно-независимых скачков анизотропии реликтового излучения над их вероятностно обусловленным количеством для левых хвостов распределения анизотропии излучения, а также превышение вероятностно обусловленного числа скачков их экспериментально выявленного числа следует считать статистически значимыми.

Таким образом, опираясь на выполненный анализ, следует вести речь о возможном новом физическом явлении – временной анизотропии реликтового излучения. Она может быть обусловлена неинтегральным либо интегральным эффектами Сакса-Вольфа [3]. Эти эффекты представляют собой временное изменение блеска излучения под влиянием отличия распределения масс на пути следования излучения от однородного распределения. В случае с неинтегральном эффектом это могут быть массы, распределенные на поверхности последнего рассеивания ранней Вселенной. В случае с интегральном эффектом Сакса-Вольфа это могут быть массы, расположенные между поверхностью последнего рассеивания и точкой наблюдения.

 

Список литературы

 

1.         Космический аппарат Прогноз 9 («Реликт») [Электронный ресурс] // stp.cosmos.ru URL: http://stp.cosmos.ru/index.php?id=1163&tx_ttnews%5Btt_news%5D=3367&cHash=3282459ecd6eef801d 2c5f522b248bbb (Дата обращения: 28 апреля 2018 г.).

2.   LegacyArchiveforMicrowaveBackgroundDataAnalysis [Электронный ресурс] // lambda.gsfc.nasa.gov, URL:http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/dr5/pub_papers/nineyear/basic_results/w map_9yr_basic_results.pdf (англ.), (дата обращения 28 апреля 2018 г.).

3.    Sachs, R. K. Perturbations of a Cosmological Model and Angular Variations of the Microwave Background // Astrophysical Journal.-Vol. 147.- 1967.