Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

De Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - ook wel bekend als de Microwave Anisotropy Probe, en Explorer 80 - is een ruimteschip, die verschillen in de temperatuur van overblijfsel stralingswarmte van de Big Bang meet - de kosmische achtergrondstraling - over de gehele hemel. Onder leiding van professor Charles L. Bennett, Johns Hopkins University, werd de missie ontwikkeld in een gezamenlijk partnerschap tussen de NASA Goddard Space Flight Center en de Universiteit van Princeton. De WMAP ruimtevaartuig werd gelanceerd op 30 juni 2001, op 19:46:46 GDT, uit Florida. De WMAP missie slaagt de COBE ruimtemissie en was het tweede medium-klasse ruimtevaartuig van de Explorer programma. In 2003 werd MAP omgedoopt WMAP ter ere van kosmoloog David Todd Wilkinson, die lid was van de missie wetenschap team was geweest.

Metingen WMAP speelden de belangrijkste rol bij het vaststellen van de huidige Standaard Model van de kosmologie: de Lambda-CDM model. WMAP data zijn zeer goed past bij een universum dat wordt gedomineerd door donkere energie in de vorm van een kosmologische constante. Andere kosmologische gegevens zijn ook consistent, en samen strak beperken het model. In de Lambda-CDM model van het universum, de leeftijd van het universum miljard jaar. Bepaling van de leeftijd van het heelal tot beter dan 1% nauwkeurigheid van de WMAP missie werd erkend door het Guinness Book of World Records. De huidige uitbreiding snelheid van het heelal is. De inhoud van het universum bestaat momenteel uit gewone baryonische materie; Koude donkere materie dat noch uitzendt noch licht absorbeert; en donkere energie in de vorm van een kosmologische constante dat de uitdijing van het heelal versnelt. Minder dan 1% van de huidige inhoud van het universum is in neutrino's, maar metingen WMAP hebben gevonden, voor het eerst in 2008, dat de gegevens die de voorkeur van het bestaan ​​van een kosmische neutrino achtergrond met een effectief aantal neutrino soorten. De inhoud wijzen op een vlakke Euclidische meetkunde, met de kromming van. De WMAP metingen kosmische inflatie paradigma ondersteunt ook op verschillende manieren, waaronder de vlakheidmetingen.

Volgens het tijdschrift Science, de WMAP was de Doorbraak van het Jaar 2003. Deze missie de resultaten van papieren waren de eerste en tweede in de "Super Hot Papers in Science sinds 2003" lijst. Van de all-time meest verwezen papieren in natuurkunde en sterrenkunde in de INSPIRE-HEP databank, zijn slechts drie zijn gepubliceerd sinds 2000, en alle drie zijn WMAP publicaties. Op 27 mei 2010 werd aangekondigd dat Bennett, Lyman A. Pagina, Jr., en David N. Spergel, de laatste twee van de Princeton University, zou de Shaw-prijs 2010 delen in de sterrenkunde voor hun werk op WMAP.

Met ingang van oktober 2010 heeft de WMAP ruimtevaartuig is vervallen in een heliocentrische baan kerkhof na 9 jaar van de operaties. De Sterrenkunde en Natuurkunde Senior review panel op het NASA hoofdkwartier goedkeuring gehecht aan een totaal van 9 jaar van de WMAP operaties, tot en met september 2010. Alle WMAP gegevens worden vrijgegeven voor het publiek en zijn onderworpen aan een zorgvuldige controle geweest. De laatste officiële gegevens versie was het negen jaar release in 2012.

Sommige aspecten van de gegevens statistisch ongebruikelijk voor het Standaard Model van de kosmologie. Bijvoorbeeld, de grootste hoek grootschalige metingen de quadrupole ogenblik, is iets kleiner dan het model voorspelt, maar dit verschil is niet zeer belangrijk. Een grote koude plek en andere kenmerken van de gegevens zijn statistisch significant en blijft onderzoek naar deze.

Doelstellingen

De WMAP doel is om de temperatuurverschillen in de kosmische achtergrondstraling te meten. De anisotropieën vervolgens worden gebruikt om het universum van de geometrie, de inhoud en de evolutie te meten; en de Big Bang model en de kosmische inflatie theorie te testen. Want dat is de missie van het creëren van een full-hemelkaart van de CMB, met een 13 boogminuut resolutie via multi-frequentie observatie. De kaart vereist de minste systematische fouten, geen gecorreleerde pixel ruis en nauwkeurige kalibratie, om ervoor te zorgen hoekige schaal nauwkeurigheid groter zijn dan de resolutie. De kaart bevat 3.145.728 pixels en gebruikt de HEALPix regeling om de sfeer Kristal. De telescoop meet ook de CMB E-modus polarisatie en voorgrond polarisatie; zijn leven is 27 maanden; 3 naar de stand L2, 2 observatiejaar bereiken.

Ontwikkeling

De MAP-missie werd voorgesteld om de NASA in 1995 geselecteerd voor de definitie studie in 1996, en goedgekeurd voor de ontwikkeling in 1997.

De WMAP werd voorafgegaan door twee missies naar de CMB observeren; de Sovjet Relikt-1 dat de bovengrens metingen van CMB anisotropieën gemeld, en de VS COBE satelliet die voor het eerst gemeld grootschalige CMB fluctuaties. De WMAP is 45 keer gevoeliger, met 33 keer de hoekige resolutie van de COBE satelliet voorganger. De opvolger van de Europese Planck missie heeft een hogere resolutie en een hogere gevoeligheid dan WMAP en neemt in 9 frequentiebanden dan WMAP's 5, waardoor verbeterde astrofysische voorgrond modellen.

Ruimtevaartuigen

Primaire reflecterende spiegels van de telescoop zijn een paar van de Gregoriaanse 1.4mx 1.6m gerechten, dat het signaal zich richten op een paar 0.9mx 1,0m secundaire reflecterende spiegels. Zij worden gevormd voor optimale prestaties: een koolstofvezel shell op een Korex kern, dun-gecoat met aluminium en siliciumoxide. De secundaire reflectoren doorsturen van de signalen naar de gegolfde feedhorns die zitten op een focal plane array doos onder de primaire reflectoren.

De ontvangers zijn polarisatiegevoelige differentiële radiometers meten van het verschil tussen beide telescoop balken. Het signaal wordt versterkt met HEMT low-noise versterkers, gebouwd door de National Radio Astronomy Observatory. Er zijn 20 feeds, 10 in elke richting, van waaruit een radiometer verzamelt een signaal; de maatregel het verschil in de lucht signaal van tegengestelde richtingen. De directionele scheiding azimuth is 180 graden; de totale hoek 141 graden. Aan het verzamelen Melkweg voorgrond signalen te vermijden, de WMAP gebruikt vijf discrete frequentiebanden van 23 GHz tot 94 GHz.

De WMAP De basis is een 5.0m diameter zonnepaneel array die de instrumenten blijft in de schaduw tijdens CMB waarnemingen ,. Bij de array zitten een bodem dek en een bovendek. De telescoop koude componenten: de focal-plane array en de spiegels, worden gescheiden van de warme componenten met cilindrische, 33 cm lang thermische isolatie reservoir boven het dek.

Passieve thermische radiatoren koelen van de WMAP tot ca. 90 graden K; ze zijn aangesloten op de lage-ruis versterkers. De telescoop verbruikt 419 W vermogen. De beschikbare telescoop kachels zijn nood-survival verwarmers, en er is een zender heater, gebruikt om ze bij het verwarmen uitgeschakeld. De temperatuur van de WMAP ruimtevaartuig wordt bewaakt met platina weerstand thermometers.

De WMAP's kalibratie wordt uitgevoerd met de CMB dipool en metingen van Jupiter; de bundel patronen worden afgemeten aan Jupiter. Data van de telescoop worden dagelijks doorgegeven via een 2 GHz transponder die een 667kbit / s downlink een 70m Deep Space Network telescoop. Het ruimtevaartuig heeft twee transponders, een een redundante back-up; ze zijn minimaal actief - ca. 40 minuten per dag - om radiofrequentie-interferentie te minimaliseren. Positie van de telescoop wordt gehandhaafd, in de drie assen, met drie reactie wielen, gyroscopen, twee sterren trackers en zonnesensoren, en wordt gestuurd met acht hydrazine thrusters.

Lancering, baan en baan

De WMAP ruimteschip aangekomen op het Kennedy Space Center op 20 april 2001. Na getest voor twee maanden, werd gelanceerd via Delta II 7425 raket op 30 juni 2001. Het begon die op de interne kracht vijf minuten voor de lancering, en dus bleef uitvoeren tot de zonne-paneel array ingezet. De WMAP werd geactiveerd en bewaakt terwijl het gekoeld. Op 2 juli, het begon te werken, eerst met in-flight testen, begon toen een constante, formele werk. Daarna is het tot stand drie Aarde-Maan fase lussen, het meten van de lobben, vloog door de Maan op 30 juli op weg naar de zon-aarde L2 lagrangepunt, arriveert er op 1 oktober 2001, en werd daardoor de eerste CMB waarnemingsmissie daar permanent geplaatst.

De locatie van het ruimtevaartuig op Lagrange 2, minimaliseert de hoeveelheid vervuilende zonne, aarde en maan uitstoot geregistreerd, en thermisch stabiliseert het. Om de hele hemel te zien, zonder te kijken naar de zon, de WMAP sporen een pad rond L2 in een Lissajous baan ca. 1,0 graden tot 10 graden, met een periode van 6 maanden. De telescoop roteert eenmaal per 2 minuten, 9 seconden "en precessie tegen het tarief van 1 omwenteling per uur. WMAP maatregelen de hele hemel om de zes maanden, en voltooide zijn eerste full-sky observatie in april 2002.

Voorgrond straling aftrekken

De WMAP merkt vijf frequenties, waardoor de meting en aftrekken van voorgrond verontreiniging van de CMB. De belangrijkste emissie mechanismen synchrotronstraling en vrij-vrij emissie en astrofysische stofemissies. De spectrale eigenschappen van deze emissies bijdragen verschillende bedragen aan de vijf frequenties, waardoor hun identificatie en aftrekken toelaat.

Voorgrond verontreinigingen verwijderd op verschillende manieren. Eerste, aftrekken bestaande emissie kaarten uit metingen van de WMAP's; tweede, gebruik maken van de onderdelen 'bekende spectrale waarden om ze te identificeren; derde, tegelijkertijd passen bij de positie en de spectra gegevens van de voorgrond emissie, het gebruik van extra data sets. Voorgrond besmetting wordt ook verminderd door het gebruik van alleen de volledige hemelkaart delen met de minste voorgrond vervuiling, terwijl het maskeren van de resterende kaart porties.

Metingen en ontdekkingen

Een jaar gegevens vrijlating

Op 11 februari 2003 heeft de NASA bekendgemaakt ter waarde van WMAP data de Eerste-jaar. De laatste berekende tijd en samenstelling van het vroege heelal gepresenteerd. Daarnaast is een afbeelding van het vroege heelal, dat "bevat zulke prachtige detail, dat het een van de belangrijkste wetenschappelijke resultaten van recente jaren kan" gepresenteerd. De onlangs vrijgegeven gegevens overtreffen vorige CMB metingen.

Op basis van de Lambda-CDM model, de WMAP team geproduceerd kosmologische parameters van het eerste jaar de resultaten van de WMAP's. Drie sets worden hieronder gegeven; de eerste en tweede sets WMAP data; het verschil is de toevoeging van de spectrale indexen voorspellingen van inflatoire modellen. De derde data set combineert de WMAP beperkingen met die van andere CMB experimenten, en beperkingen van de 2DF Galaxy Redshift Survey en Lyman alpha bos metingen. Merk op dat er degeneratie van de parameters, de belangrijkste tussen en; de fouten gegeven zijn op vertrouwen 68%.

Met behulp van de best passende data en theoretische modellen, de WMAP team bepaald de tijden van belangrijke universele gebeurtenissen, met inbegrip van de roodverschuiving van reionization,; de roodverschuiving van ontkoppeling; en de roodverschuiving van materie / straling gelijkheid ,. Zij bepaalden de dikte van het oppervlak van laatste verstrooiing om in roodverschuiving, of. Zij bepaalden de stroomdichtheid van baryonen ,, en de verhouding van baryons fotonen ,. De WMAP's detecteren van een vroege reionization uitgesloten warme donkere materie.

Het team heeft ook Melkweg uitstoot onderzocht op de WMAP frequenties, het produceren van een 208-puntbron catalogus. Ook waargenomen ze de Sunyaev-Zel'dovich effect op 2,5 σ de sterkste bron is de Coma cluster.

Drie jaar gegevens vrijlating

De driejarige WMAP gegevens werden vrijgegeven op 17 maart 2006. De gegevens opgenomen temperatuur en polarisatie metingen van de CMB, die verdere bevestiging van de standaard platte Lambda-CDM model en nieuw bewijsmateriaal ter ondersteuning van de inflatie voorzien.

De 3-jarige WMAP gegevens alleen al blijkt dat het universum donkere materie moet hebben. De resultaten werden zowel alleen berekend met behulp van WMAP data, en ook met een mix van parameter beperkingen van andere instrumenten, met inbegrip van andere CMB experimenten, SDSS, de 2DF Galaxy Redshift Survey, de Supernova Legacy Survey en beperkingen van de Hubble constante van de Hubble Space Telescope.

 ^ Optical diepte reionization verbeterd door polarisatie metingen.
 ^ & Lt; 0,30 combinatie met SDSS data. Geen indicatie van de niet-gaussianity.

Vijf jaar gegevens vrijlating

De vijf-jaar WMAP gegevens werden vrijgegeven op 28 februari 2008. De gegevens die nieuw bewijs voor de kosmische neutrino achtergrond, het bewijs dat het duurde meer dan een half miljard jaar voor de eerste sterren het universum reionize, en de nieuwe beperkingen op de kosmische inflatie.

De vijf-jaar de totale intensiteit en polarisatie spectra van WMAP Materie / energie-inhoud in het huidige heelal en op het moment van foton ontkoppeling in de recombinatie tijdperk 380.000 jaar na de Big Bang

De verbetering van de resultaten afkomstig uit beide met een extra 2 jaar metingen, alsmede het gebruik van verbeterde gegevensverwerking en een betere karakterisering van het instrument, met name van de bundelvormen. Ze gebruik maken van de 33 GHz opmerkingen maken ook voor het schatten van kosmologische parameters; voorheen alleen de 41 GHz en 61 GHz-kanalen werden gebruikt. Tenslotte werden verbeterd maskers gebruikt om foregrounds verwijderen.

Verbeteringen in de spectra in het 3 akoestische piek, en de polarisatie spectra.

De metingen stelt hoge eisen aan de inhoud van het heelal ten tijde van de CMB is afgegeven; bij de 10% van het heelal bestond uit neutrinos, 12% van atomen, 15% van de fotonen en 63% zwarte materie. De bijdrage van de donkere energie op dat moment was verwaarloosbaar. Het beperkt ook de inhoud van het huidige universum; 4,6% atomen, 23% donkere materie en 72% donkere energie.

De WMAP vijf jaar gegevens werden gecombineerd met metingen van type Ia supernova en Baryon akoestische oscillaties.

De elliptische vorm van de WMAP skymap het resultaat van een mollweideprojectie.

De data legt een beperking van de waarde van de tensor naar scalaire verhouding r & lt; 0,22, die bepaalt het niveau waarop gravitatiestraling invloed op de polarisatie van de CMB en legt ook beperkingen op de hoeveelheid oorspronkelijke niet-gaussianity. Verbeterde beperkingen waren op de roodverschuiving van reionization, dat is, de roodverschuiving van de ontkoppeling en de roodverschuiving van materie / straling gelijkheid te zetten ,.

De extragalactische bron catalogus werd uitgebreid met 390 bronnen omvatten, en variabiliteit werd gedetecteerd in de emissie van Mars en Saturnus.

Zeven jaar gegevens vrijlating

De zeven jaar WMAP gegevens werden vrijgegeven op 26 januari 2010. Als onderdeel van deze release, werden claims voor inconsistenties met het standaard model onderzocht. De meeste werden statistisch significant en waarschijnlijk niet te wijten aan een posteriori selectie. Voor de afwijkingen die wel blijven, er geen alternatieve kosmologische ideeën. Het lijkt het meest waarschijnlijk deze zijn te wijten aan andere effecten, met het rapport vermelden onzekerheden in de precieze lichtbundel vorm en andere mogelijke kleine resterende instrumentale en analyse problemen.

De andere bevestiging van grote betekenis is van de totale hoeveelheid materie / energie in het heelal in de vorm van Dark Energy - 72,8% als niet 'deeltje' achtergrond, en donkere materie - 22,7% van de energie niet baryonische 'deeltje'. Dit laat stof of baryonische deeltjes op slechts 4,56%.

Negen jaar gegevens vrijlating

Op 20 december 2012 werden de negen jaar WMAP data en aanverwante beelden vrijgegeven. miljard-jarige temperatuurschommelingen en een temperatuur van ± 200 micro-Kelvin worden getoond in de afbeelding. Daarnaast is de studie bleek dat "95 procent" van het vroege heelal bestaat uit donkere materie en energie, de kromming van de ruimte is minder dan 0,4 procent van de "platte" en het universum ontstaan ​​uit de kosmische Dark Ages "ongeveer 400 miljoen jaar "na de Big Bang.

Belangrijkste resultaat

Het belangrijkste resultaat van de missie is opgenomen in de verschillende ovale kaarten van de CMB spectrum door de jaren heen. Deze ovale afbeeldingen presenteren de temperatuurverdeling verkregen door de WMAP team van de opmerkingen van de telescoop van de missie. Gemeten wordt verkregen uit een Planck wet interpretatie van de achtergrondstraling temperatuur. De ovale kaart beslaat de hele hemel. De resultaten beschrijven de toestand van het universum slechts een paar honderd duizend jaar na de Big Bang, die ongeveer 13,8 miljard jaar vóór onze tijd gebeurd. De microgolf achtergrond is zeer homogeen in de temperatuur.

Follow-on missies en toekomstige metingen

Het oorspronkelijke tijdschema voor WMAP gaf het twee jaar waarnemingen; deze werden afgerond in september 2003. Missie extensies in 2002, 2004, 2006 en 2008 waardoor het ruimtevaartuig in totaal 9 observeren jaar, die augustus 2010 eindigde en in oktober 2010 het ruimtevaartuig werd verplaatst naar een heliocentrisch "kerkhof" baan buiten werden toegekend L2, waarin de zon draait 14 keer per 15 jaar.

De Planck ruimtevaartuig, gelanceerd op 14 mei 2009, meet ook de CMB en heeft als doel om de metingen die door WMAP verfijnen, zowel in de totale intensiteit en polarisatie. Verschillende grond- en ballon gebaseerde instrumenten hebben ook CMB geschreven en andere worden geconstrueerd om dit te doen. Velen zijn gericht op het zoeken naar de B-mode polarisatie verwacht van de eenvoudigste modellen van de inflatie, waaronder EBEX, Spider, BICEP2, Keck, STIL, CLASS, SPTpol en anderen.

Op 21 maart 2013 heeft de Europese geleide onderzoeksteam achter de Planck kosmologie sonde vrijgegeven van de missie hele hemel kaart van de kosmische achtergrondstraling. De kaart geeft het universum is iets ouder dan gedacht. Volgens het plan, werden subtiele temperatuurschommelingen afgedrukt op de deep sky toen de kosmos was ongeveer 370.000 jaar oud. De opdruk weerspiegelt rimpelingen die ontstond zo vroeg in het bestaan ​​van het universum, als de eerste nonillionth van een seconde. Blijkbaar zijn deze rimpelingen gaf aanleiding tot de huidige enorme kosmische web van clusters van sterrenstelsels en donkere materie. Volgens het team, het universum miljard jaar oud, en bevat 4,9% gewone materie, 26,8% donkere materie en donkere energie 68,3%. Ook werd de Hubble constante gemeten te zijn 67,80 ± 0,77 / Mpc.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha