Анизотропию реликтового излучения распечатали на 3D-принтере

Реликтовым называется тепловое излучение, возникшее после охлаждения Вселенной до 3 тысяч кельвинов. Тогда же, спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва, из электронов, протонов и ядер гелия образовались первые атомы, а материя перешла из плазматического в газообразное состояние. Анализ реликтового излучения проводится с целью прояснения истории Вселенной и связан, в частности, с вопросами ее расширения и источника происхождения темной материи.

Один из значимых параметров реликтового излучения — дипольная анизотропия, то есть перераспределение более горячих областей в одних направлениях с пропорциональным охлаждением других. По одной из теорий, такая диполь связана с эффектом Доплера: Млечный Путь движется относительно реликтового фона, в результате чего земные приемники фиксируют определенное изменение частот и длин волн этого излучения. Карты анизотропии с 2009 года составляются на основании данных со спутника Европейского космического агентства (ЕКА) «Планк» и находятся в открытом доступе. Они представляют собой двумерные изображения (овалы) всей небесной сферы с увеличенной контрастностью и различным угловым разрешением.

Сложность этих карт для интерпретации растет с получением новых данных. Поэтому для визуализации температурных флуктуаций реликтового излучения необходимы инструменты, которые позволяли бы передавать информацию о нем в доступной форме. Британские астрофизики предложили использовать для этого трехмерные макеты, распечатанные на 3D-принтерах.

Авторы распечатали трехмерную карту анизотропии на двух принтерах: настольном Ultimate 2+ и промышленном ZPrinter 650. Первый использовался для изготовления монохромного макета из полилактида — биоразлагаемого полиэфира, мономером которого является молочная кислота. На ZPrinter макет окрашивался в соответствии с градиентами температур, характерными для различных участков излучения (красный цвет — горячие области, бесцветные — холодные). Результатом стала сфера диаметром три сантиметра с неравномерным ландшафтом, пики и углубления на поверхности которой визуализируют уровень спектра мощности анизотропии. Угловое разрешение анизотропии составило 1 градус.

Ученые подчеркнули, что каждый из указанных принтеров работает со своим форматом CAD-файлов — STL у Ultimate и VRML у ZPrinter. Для создания каждого использовалось различное программное обеспечение, например Netfabb и Cura. Исходники CAD-файлов размещены в открытом доступе.

Технология может использоваться в образовательных целях и в рамках просветительской работы, сообщили авторы. Кроме того, такие макеты впервые позволят ощутить температурные различия реликтового излучения слабовидящим и слепым людям.