Publicado um modelo 3D da radiação de relíquia do Universo para impressão

Não sabe como decorar sua área de trabalho? Como você gosta dessa opção: uma cópia pequena do Universo primitivo. Ou seja, a esfera de radiação relíquia - a radiação de fundo de microondas que preenche o Universo que surgiu durante a era da recombinação primária de hidrogênio.

Não é apenas uma bela lembrança, mas um modelo cientificamente verificado, compilado de acordo com o observatório espacial Planck . Pode ser usado como um guia de estudo. Juntamente com o desvio para o vermelho cosmológico, a radiação relíquia é considerada uma das principais confirmações da teoria do Big Bang.

Segundo a teoria do Big Bang, o Universo primitivo era um plasma quente de elétrons, prótons e fótons. Neste plasma, os fótons são constantemente emitidos, colidem com outras partículas e absorvidos. À medida que o Universo se expandia, o desvio cosmológico para o vermelho esfriava, de modo que, em um certo estágio, os elétrons desacelerados começaram a se combinar com os prótons desacelerados, formando os primeiros átomos do Universo (esse processo é chamado de recombinação primária de hidrogênio). Isso aconteceu aproximadamente 380.000 anos após o Big Bang, a uma temperatura plasmática de cerca de 3.000 ° K.

Desde então, alguns fótons foram capazes de se mover livremente no espaço, praticamente sem interagir com a matéria. Radiação por relíquia - aqueles fótons antigos que emitiram o plasma do Universo primitivo após o Big Bang em direção à futura localização da Terra. Após 13,8 bilhões de anos, os fótons ainda chegam até nós, porque a expansão do universo ainda está em andamento.

Agora a temperatura da radiação é de cerca de 2,7 ° K. Vem de todos os lados quase uniformemente.

O Universo observado em refração através da radiação relíquia é chamado superfície da última dispersão. Este é o objeto mais distante que podemos observar.

Um fenômeno interessante da radiação relíquia é sua anisotropia, ou seja, heterogeneidade. Em março de 2013, especialistas da Agência Espacial Europeia publicaram o mapa de radiação de alívio mais detalhado compilado a partir da coleta de dados do observatório espacial Planck, a partir de 2009.



Dois fenômenos estranhos são claramente visíveis neste mapa. A primeira é a mudança na amplitude da temperatura nas duas metades do Universo.


Mudança na amplitude da temperatura em duas metades do Universo O

segundo fenômeno é um ponto frio incomumente grande, claramente visível no mapa. Anteriormente, os especialistas acreditavam que este era um erro de medição. Mas o Observatório Planck forneceu informações mais precisas, confirmando o efeito.


Comparação da resolução de satélites astronômicos que registram radiação relíquia

Segundo os cientistas, a irregularidade da radiação relíquia - flutuações de temperatura - é devida às oscilações do plasma no minúsculo Universo inicial logo após o Big Bang.

Tradicionalmente, as flutuações de temperatura são exibidas por áreas de cores diferentes. Por exemplo, as áreas mais quentes são vermelhas e as mais frias são azuis. Essas áreas são projetadas em um mapa plano usando a projeção estereográfica padrão . Houve tentativas de criar modelos 3D de computadores da esfera CMB, que o usuário poderia girar e visualizar na tela. Porém, neste caso, as informações sobre anisotropia foram transmitidas de acordo com o mesmo princípio visual através da escala de cores.

Os graduados do Departamento de Física do Imperial College London propuseram uma nova maneira de visualizar usando a impressão 3D . Na esfera da radiação relíquia projetada por eles, regiões de diferentes temperaturas são sentidas não apenas visualmente, mas também taticamente. Na opinião deles, o campo portátil do CMB, que pode ser considerado, tem várias vantagens no trabalho educacional e científico e é especialmente útil para pessoas com deficiência visual.

Anteriormente, a impressão 3D já era usada para visualizar funções matemáticas e os resultados da modelagem de sistemas complexos .


O triângulo de Penrose é uma das figuras impossíveis que Knill e Slavkovsky tentaram imprimir em uma impressora 3D, os autores do trabalho científico " Ilustração matemática usando impressoras 3D"»O

CMB é outro exemplo da aplicação útil da impressão 3D para fins científicos. Para converter os dados científicos do Observatório Espacial Planck para o formato STL, os jovens cientistas britânicos usaram os programas MeshLab, Cura, Blender!, Netfabb e outros.

O trabalho científico foi publicado na revista European Journal of Physics (doi: 10.1088 / 0143-0807 / 38/1/015601).

Os arquivos para impressão são dispostos separadamente em um Zenodo de hospedagem científica.

128_scaled.stl - arquivo STL para imprimir a versão monocromática (os pesquisadores usaram a impressora Ultimaker).
cmbhollow.wrl - arquivo VRML para colorir o produto no ZPrinter.



Um método semelhante é adequado para visualizar outros dados científicos, incluindo os resultados de observações astronômicas. Por exemplo, para imprimir mapas topográficos de planetas, modelos de superfícies e estrutura interna de estrelas, distribuição de estrelas em galáxias, distribuição de matéria em uma maquete do Universo. Em certo sentido, este trabalho pode ser considerado como o primeiro modelo conceitual para um grande número de possíveis casos de uso.

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