Goleuni hynaf y byd yn cynnig gwybodaeth newydd am oedran y bydysawd

Mae tîm rhyngwladol yn cynnwys gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd wedi cynnig amcangyfrif newydd o oedran y bydysawd, sef oddeutu 13.77 biliwn o flynyddoedd oed.

Mae’r mesuriad newydd, a wnaed gan ddefnyddio Telesgop Cosmoleg Atacama (ACT) yn Ne America, yn cynnig agwedd newydd mewn dadl barhaus dros union oedran y bydysawd.

Mae’r amcangyfrif yn cyd-fynd ag amcangyfrif lloeren Planck, ac yn cefnogi model safonol presennol y bydysawd; fodd bynnag, mae’n wahanol i fesuriadau a wnaed yn 2019 ar sail methodoleg wahanol gan ddefnyddio symudiadau galaethau.

“Ar ôl ceisio echdynnu'r paramedrau cosmolegol o ACT a Planck am bron i ddegawd, roedd yn werth chweil gweld y ddau arbrawf yn cyd-fynd â’i gilydd," meddai Erminia Calabrese, Cymrawd Rutherford STFC ac Athro Astroffiseg yn yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth.

Mae’r Athro Calabrese wedi bod yn arwain y gwaith dadansoddi i echdynnu’r canlyniadau cosmolegol newydd, a hi yw prif awdur un o ddau bapur newydd a gyflwynwyd i arXiv.org.

Gwnaethpwyd canfyddiadau'r astudiaethau hyn yn bosibl gan ddefnyddio adnoddau cyfrifiadurol perfformiad uchel y Brifysgol, a alluogwyd gan ARCCA (Cyfrifiadura Ymchwil Uwch yng Nghaerdydd).

Yn debyg i loeren Planck, mae ACT yn astudio ôl-dywyniad y Glec Fawr. Mae’r goleuni hwn, a elwir yn gefndir microdon cosmig (CMB) yn nodi amser 380,000 o flynyddoedd ar ôl genedigaeth y bydysawd lle unodd protonau ac electronau i ffurfio’r atomau cyntaf.

Os gall gwyddonwyr amcangyfrif pa mor bell y teithiodd goleuni o'r CMB i gyrraedd y Ddaear, gallant gyfrifo oedran y bydysawd. Mae gwyddonwyr yn mesur yr ongl yn yr awyr rhwng dau wrthrych pell, gyda'r Ddaear a'r ddau wrthrych yn ffurfio triongl cosmig. Os yw gwyddonwyr hefyd yn gwybod y gwahaniad ffisegol rhwng y gwrthrychau hynny, gallant ddefnyddio geometreg ysgol uwchradd i amcangyfrif pellter y gwrthrychau o'r Ddaear.

Mae amrywiadau cynnil yng ngolau’r CMB yn cynnig pwyntiau angor i ffurfio dau uchafbwynt arall y triongl, ac mae gan wyddonwyr ddealltwriaeth ddigon cryf o flynyddoedd cynnar y bydysawd i wybod y dylid gosod yr amrywiadau hyn yn y CMB bob biliwn o flynyddoedd golau ar wahân ar gyfer tymheredd, a hanner hynny ar gyfer polareiddiad.

Mae oedran y bydysawd yn dweud wrthym ar unwaith pa mor gyflym y mae'r cosmos yn ehangu – rhif wedi'i feintioli gan gysonyn Hubble.

Mae mesuriadau ACT yn awgrymu cysonyn Hubble o 67.6 cilomedr yr eiliad fesul megaparsec.

Mae hynny'n golygu bod gwrthrych 1 megaparsec (tua 3.26 miliwn o flynyddoedd golau) o'r Ddaear yn symud i ffwrdd oddi wrthym ar 67.6 cilomedr yr eiliad oherwydd bod y bydysawd yn ehangu.

Mae hyn yn cyfateb bron yn union i'r amcangyfrif blaenorol o 67.4 cilomedr yr eiliad gan dîm lloeren Planck, ac mae’n arafach na'r 74 cilomedr yr eiliad a gasglwyd o fesuriadau galaethau.

Mae'r Brifysgol wedi chwarae rhan hanfodol yn y bartneriaeth gydweithredol ag ACT drwy ei chyfraniad at galedwedd offerynnau a thrwy arwain y gwaith o ddehongli’r data o safbwynt gwyddonol.

Roedd y Grŵp Offeryniaeth Seryddiaeth, yn yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth, yn rhan o ddyluniad optegol gwreiddiol offeryn ACT ac maent wedi cynnig technoleg hidlo optegol a thermol unigryw i'r prosiect, sy'n hanfodol wrth ganiatáu i synwyryddion ACT weithredu mewn tymereddau is na mesur Kelvin ac i fesur y signalau CMB manwl hyn.

“Rydym yn falch iawn o'n cyfraniad i brosiect ACT. Mae'n rhan o barhau â degawdau o waith y mae ein tîm medrus ac ymroddedig iawn yng Nghaerdydd wedi cyfrannu ato, ynghyd â phrosiectau seryddiaeth pwysig eraill ledled y byd ac yn y gofod”, meddai'r Athro Carole Tucker o'r Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth.

Wrth i ACT barhau i wneud arsylwadau, bydd gan seryddwyr ddarlun hyd yn oed yn gliriach o'r CMB a syniad mwy manwl gywir o ba mor bell yn ôl y dechreuodd y cosmos. Bydd tîm ACT hefyd yn ystyried yr arsylwadau hynny am arwyddion ffiseg nad ydynt yn cyd-fynd â’r model cosmolegol safonol. Gallai ffiseg ryfedd o'r fath ddatrys yr anghysondebau rhwng mesuriadau'r CMB a symudiadau galaethau.

Mae aelodau ACT Caerdydd wedi cael cefnogaeth ers tro gan y STFC a chyllid gan y Cyngor Ymchwil Ewropeaidd o dan raglen ymchwil ac arloesi Horizon 2020 yr Undeb Ewropeaidd.