Publication d'un modèle 3D du rayonnement relique de l'Univers pour impression

Vous ne savez pas comment décorer votre bureau? Comment aimez-vous cette option: une petite copie de l'Univers primitif. À savoir, la sphère de rayonnement relique - le rayonnement de fond des micro-ondes remplissant l'Univers qui est apparu à l'ère de la recombinaison d'hydrogène primaire.

Ce n'est pas seulement un beau souvenir, mais un modèle scientifiquement vérifié compilé selon l'observatoire spatial Planck . Il peut être utilisé comme guide d'étude. Avec le décalage cosmologique vers le rouge, le rayonnement relique est considéré comme l'une des principales confirmations de la théorie du Big Bang.

Selon la théorie du Big Bang, l'Univers primitif était un plasma chaud d'électrons, de protons et de photons. Dans ce plasma, des photons étaient constamment émis, entrés en collision avec d'autres particules et absorbés. Au fur et à mesure de l'expansion de l'Univers, le décalage vers le rouge cosmologique a refroidi le plasma, de sorte qu'à un certain stade, les électrons décélérés ont commencé à se combiner avec les protons décélérés, formant les premiers atomes de l'Univers (ce processus est appelé la recombinaison primaire de l'hydrogène). Cela s'est produit environ 380 000 ans après le Big Bang, à une température du plasma d'environ 3 000 ° K.

Depuis lors, certains photons ont pu se déplacer librement dans l'espace, pratiquement sans interagir avec la matière. Rayonnement relique - ces photons anciens qui ont émis le plasma du début de l'Univers après le Big Bang vers l'emplacement futur de la Terre. Après 13,8 milliards d'années, les photons nous parviennent encore, car l'expansion de l'univers est toujours en cours.

Maintenant, la température de rayonnement est d'environ 2,7 ° K. Il vient de tous les côtés presque uniformément.

L'univers observé en réfraction par rayonnement relique est appelé la surface de la dernière diffusion. C'est l'objet le plus éloigné que l'on puisse observer.

Un phénomène intéressant du rayonnement relique est son anisotropie, c'est-à-dire son hétérogénéité. En mars 2013, des spécialistes de l'Agence spatiale européenne ont publié la carte des radiations reliques la plus détaillée établie à partir de la collecte de données de l'observatoire spatial Planck, à partir de 2009.



Deux phénomènes étranges sont clairement visibles sur cette carte. Le premier est le changement de l'amplitude de la température dans les deux moitiés de l'Univers.


Changement d'amplitude de température dans les deux moitiés de l'Univers Le

deuxième phénomène est un point froid inhabituellement grand, clairement visible sur la carte. Auparavant, les experts pensaient qu'il s'agissait d'une erreur de mesure. Mais l'Observatoire de Planck a fourni des informations plus précises, confirmant l'effet.


Comparaison de la résolution des satellites astronomiques enregistrant les radiations reliques

Selon les scientifiques, l'inégalité des radiations reliques - les fluctuations de température - est due aux oscillations du plasma dans le minuscule univers primitif peu après le Big Bang.

Traditionnellement, les fluctuations de température sont affichées par des zones de couleurs différentes. Par exemple, les zones les plus chaudes sont rouges et les plus froides sont bleues. Ces zones sont projetées sur une carte plate à l'aide d' une projection stéréographique standard . Il y a eu des tentatives de création de modèles informatiques 3D de la sphère CMB, que l'utilisateur pouvait faire pivoter et visualiser à l'écran. Mais dans ce cas, les informations sur l'anisotropie ont été transmises selon le même principe visuel à travers l'échelle des couleurs.

Les diplômés du Département de physique de l'Imperial College de Londres ont proposé une nouvelle façon de visualiser à l'aide de l'impression 3D . Sur la sphère de rayonnement relique conçue par eux, des régions de températures différentes sont ressenties non seulement visuellement, mais aussi tactilement. À leur avis, le champ portable du CMB, qui peut être pris en main, présente un certain nombre d'avantages dans le travail éducatif et scientifique, et est particulièrement utile pour les personnes ayant une déficience visuelle.

Auparavant, l'impression 3D était déjà utilisée pour visualiser les fonctions mathématiques et les résultats de la modélisation de systèmes complexes .


Le triangle de Penrose est l'une des figures impossibles que Knill et Slavkovsky ont essayé d'imprimer sur une imprimante 3D, les auteurs de l'ouvrage scientifique « Illustration mathématique utilisant des imprimantes 3D»»

CMB est un autre exemple de l'application utile de l'impression 3D à des fins scientifiques. Pour convertir les données scientifiques de l'observatoire spatial Planck au format STL, de jeunes scientifiques britanniques ont utilisé les programmes MeshLab, Cura, Blender!, Netfabb et d'autres.

Les travaux scientifiques sont publiés dans la revue European Journal of Physics (doi: 10.1088 / 0143-0807 / 38/1/015601).

Les fichiers à imprimer sont disposés séparément sur un hébergement scientifique Zenodo.

128_scaled.stl - Fichier STL pour l'impression de la version monochrome (les chercheurs ont utilisé l'imprimante Ultimaker).
cmbhollow.wrl - Fichier VRML pour colorer le produit dans ZPrinter.



Une méthode similaire convient pour visualiser d'autres données scientifiques, y compris les résultats des observations astronomiques. Par exemple, pour imprimer des cartes topographiques de planètes, des modèles de surfaces et la structure interne des étoiles, la distribution des étoiles dans les galaxies, la distribution de la matière dans une maquette de l'Univers. Dans un sens, ce travail peut être considéré comme le premier modèle conceptuel pour un grand nombre de cas d'utilisation potentiels.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398627/