Planck - evropski vesoljski observatorij za kozmično mikrovalovno ozadje

Planck – ESA observatorij (2009–2013), ki je meril kozmično mikrovalovno ozadje, razkril starost vesolja, gostoto temne in običajne snovi ter preoblikoval sodobno kozmologijo.

Planck je bil vesoljski observatorij, ki ga je med letoma 2009 in 2013 upravljala Evropska vesoljska agencija (ESA). Izstreljen je 14. maja 2009 z raketo Ariane 5 iz Kourou skupaj z observatorijem Herschel in je deloval iz območja okoli Lagrangeove točke L2, približno 1,5 milijona kilometrov od Zemlje. Njegova zasnova je bila namenjena merjenju zelo šibkih temperaturnih in polarizacijskih razlik v kozmičnem mikrovalovnem ozadju z izjemno občutljivostjo in stabilnostjo. Za to so bili uporabljeni dve glavni opremi: nizkofrekvenčni instrument (LFI, 30–70 GHz) in visokofrekvenčni instrument (HFI, 100–857 GHz) s superhlajenimi bolometri (HFI je imel hladilec, ki je dosegel približno 0,1 K).

Z njo je bilo mogoče kartirati anizotropije kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB) pri mikrovalovnih in infrardečih frekvencah z visoko občutljivostjo in majhno kotno ločljivostjo. Planck je meril temperaturne fluktuacije in polarizacijo na različnih kotnih lestvicah, kar je omogočilo natančno določitev moči (power spectrum) ter odkrivanje več akustičnih peakov v spektru. Izboljšana frekvenčna pokritost in ločevanje emisij iz naše Galaksije sta bila ključna za čiščenje prednaloženih (foreground) signalov, predvsem emisije prahu in sinchrotronske svetlobe.

Instrumentacija in potek misije

Planckova oprema je vključevala:

• LFI (Low Frequency Instrument): deloval v frekvenčnem pasu 30–70 GHz, s popolno delujočo elektroniko skozi celotno trajanje misije.
• HFI (High Frequency Instrument): pokrival pasove od 100 do 857 GHz z zelo občutljivimi bolometri, hladilnimi sistemi in izjemno nizkim šumom. HFI je deloval do izčrpanja hladilnega sredstva v januarju 2012, LFI pa je nato nadaljeval opazovanja do konca misije oktobra 2013.

Med glavnimi fazami so bile tri velike javne objave podatkov (data releases), najbolj referenčna je bila končna objava leta 2018, ki vsebuje izboljšane karte temperature, polarizacije, lensinga ter kataloge virov in kopičnih struktur.

Glavni znanstveni rezultati

Misija je pomembno nadgradila opazovanja, ki jih je opravila Nasina sonda WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Planck je bil pomemben vir informacij o kozmologiji in astrofiziki. Preverjal je teorije o zgodnjem vesolju in izvoru kozmične strukture. Njegovi glavni rezultati vključujejo:

• Natančne kozmološke parametre: Planck je izračunal številne ključne parametre standardnega modela kozmologije (ΛCDM) z zelo majhno negotovostjo — na primer vrednosti za delež snovi, gostoto navadne in temne snovi, ter starost vesolja. Končne meritve so potrdile vesolje staro približno 13,8 milijarde let in vrednost Hubbleove konstante, ki je v okvirih Planckovih podatkov ≈ 67 km/s/Mpc (vendar z napetostjo v primerjavi z lokalnimi meritvami).
• Spekter primordijalnih motenj: Planck je izmeril naklon spektra (n_s) in potrdil rahlo manjši od enega, kar podpira preproste inflacijske modele brez močnega prispevka gravitacijskih valov (strožje omejitve na tensor-to-scalar razmerje r).
• Polarisacija in lensing: prva visoko natančna karta CMB lensinga in izboljšane polarizacijske karte, kar omogoča preiskave porazdelitve mase v zgodnjem vesolju.
• Omejitve na nevtrinske lastnosti: močne omejitve na vsoto mas nevtrino (v kombinaciji z drugimi meritvami sta se pojavila zgornja meja reda 0,1–0,2 eV) in na število reliktnih relativističnih vrst (N_eff ≈ 3).
• Karte galaktičnega prahu in emisij: zelo natančne karte emisije iz naše Galaksije pri različnih frekvencah, ki so ključne za odkrivanje B‑modov polarizacije in za širok spekter astrofizikalnih študij.
• Katalogi objektov: obsežni katalogi kompaktnih virov, emisijskih galaksij in katalog gruča galaksij, najdenih preko Sunyaev–Zel’dovich učinka.

Pomen, odprta vprašanja in zapuščina

Planckov vpliv je dvojen: kot merilnik ključnih kozmoloških parametrov in kot dobavitelj kakovostnih map, ki so osnova za nadaljnje raziskave. Rezultati so okrepili model ΛCDM, hkrati pa izpostavili tudi napetosti — najbolj znana je razhajanje (t. i. Hubbleova napetost) med Planckovo vrednostjo H0 in lokalnimi meritvami supernov/cepelnih metod. To neskladje je spodbudilo številne teoretične in opazovalne študije.

Po koncu aktivnih opazovanj je bil Planck izključen (naposled 23. oktobra 2013) in prešel v varni začasni položaj. Celotna zbirka podatkov in obdelanih produktov je dostopna v javnih arhivih (Planck Legacy Archive) in ostaja referenca za prihodnje misije in analize.

Zaključek

Planck je znanstveno prinesel največjo natančnost v meritvah CMB do danes in močno vplival na razumevanje zgodnjega vesolja, kompozicije in zgodovine njegovega širjenja. Njegove karte temperature, polarizacije in lensinga ter spremljajoči katalogi so dragocena zapuščina za kozmologijo in astrofiziko, hkrati pa so odprli nova vprašanja, ki jih bodo poskušale razrešiti prihodnje misije in opazovanja.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je bil Planck?

V: Kaj je Planck opazoval?

V: Kako je Planck izboljšal prejšnja opazovanja?

V: Kakšen je bil namen Planckove misije?

V: Katere meritve je Planck opravil po koncu svoje misije?

V: Ali Planck še vedno deluje?

V: Kako pomembno je Planck prispeval k astrofiziki?

Išči po črki