Космологи з Каліфорнійського технологічного інституту використовували спостереження, що відтворювались у віддалену епоху Всесвіту, коли атоми вперше формувались для виявлення рухів серед насіння, що породили скупчення галактик. Нові результати показують рух споконвічної речовини на шляху до формування галактичних кластерів та надкластерів. Спостереження були отримані за допомогою інструменту високого рівня в чилійських Андах, відомого як космічний фоновий пристрій (CBI), і вони забезпечують нову впевненість у точності стандартної моделі раннього Всесвіту, в якій швидка інфляція відбулася короткий момент після Великого вибуху .
Новою особливістю цих поляризаційних спостережень є те, що вони виявляють безпосередньо насіння кластерів галактики та їх руху, коли вони перейшли до формування перших скупчень галактик.
Як повідомив 7 жовтня в Інтернет-випуску Science Express, професор кафедри астрономії Caltech і головний дослідник проекту CBI Ентоні Редхед та його команда стверджують, що нові результати поляризації забезпечують міцну підтримку стандартної моделі Всесвіту як місця, в якому темна матерія і темна енергія набагато більше переважають, ніж повсякденна матерія, як ми її знаємо, що становить велику проблему для фізики. До журналу «Астрофізика» подано супровідний документ, що описує спостереження ранньої поляризації з CBI.
Космічне тло, яке спостерігається CBI, бере початок з епохи лише через 400 000 років після Великого вибуху і надає велику кількість інформації про природу Всесвіту. У цю віддалену епоху не існувало жодної звичної структури Всесвіту - не було ні галактик, ні зірок, ні планет. Натомість були лише невеликі коливання щільності, і це були насіння, з яких галактики та зірки утворювались під рукою сили тяжіння.
Інструменти до CBI виявляли коливання у великих кутових масштабах, що відповідають масам, значно більшим, ніж надкластери галактик. Висока роздільна здатність CBI дозволила вперше спостерігати насіння структур, які ми спостерігаємо навколо нас у космічному журналі, у січні 2000 року.
Всесвіт, що розширюється, охолонув і через 400 000 років після Великого вибуху було досить прохолодно, щоб електрони та протони об'єдналися, щоб утворити атоми. До цього часу фотони не могли проїхати далеко, перш ніж зіткнутися з електроном, і Всесвіт була як густий туман, але в цей момент Всесвіт стала прозорою і з того часу фотони вільно протікали по всесвіту, щоб сьогодні дійти до наших телескопів, 13,8 мільярда років потому. Таким чином, спостереження за мікрохвильовим фоном дають знімок Всесвіту, оскільки це було всього за 400 000 років після Великого вибуху - задовго до утворення перших галактик, зірок та планет.
Нові дані були зібрані CBI у період з вересня 2002 р. По травень 2004 р. І охоплюють чотири ділянки неба, що охоплюють загальну площу в триста разів більше розміру Місяця і показують дрібні деталі лише частки розміру Місяця. Нові результати ґрунтуються на властивості світла, що називається поляризацією. Це властивість, яку легко продемонструвати за допомогою пари поляризуючих сонцезахисних окулярів. Якщо дивитися на світло, відбитий від ставка через такі сонцезахисні окуляри, а потім обертати сонцезахисні окуляри, видно відбите світло, що змінюється по яскравості. Це тому, що відбитий світло поляризований, а поляризуючі сонцезахисні окуляри пропускають лише світло, поляризація якого правильно узгоджена з очками. CBI так само вибирає поляризоване світло, і саме деталі цього світла виявляють рух насіння кластерів галактики.
У загальній інтенсивності ми бачимо серію вершин і долин, де вершини є послідовними гармоніками фундаментального “тону”. У поляризованій емісії ми також бачимо ряд піків і долин, але вершини поляризованої емісії збігаються з долинами в загальній інтенсивності, і навпаки. Іншими словами, поляризована емісія точно не виходить із загальної інтенсивності. Ця властивість поляризованого викиду виходить за крок із загальною інтенсивністю вказує на те, що поляризований викид виникає внаслідок руху матеріалу.
Перше детектування поляризованого викиду за ступеневим кутовим масштабним інтерферометром (DASI), сестринським проектом CBI, в 2002 році дало драматичні докази руху в ранньому Всесвіті, як і вимірювання Уілкінсоновим мікрохвильовим анізотропічним зондом (WMAP) у 2003 році Результати CBI, оголошені сьогодні, суттєво доповнюють ці попередні результати, демонструючи безпосередньо і на малих масштабах, що відповідають кластерам галактик, що поляризована емісія виходить за межі загальної інтенсивності.
Інші дані про поляризацію космічного мікрохвильового фону були оприлюднені лише два тижні тому командою DASI, результати якої за три роки показують додаткові переконливі докази того, що поляризація дійсно обумовлена космічним фоном і не забруднена радіацією Чумацького Шляху. Таким чином, результати цих двох сестринських проектів прекрасно доповнюють один одного, як це було наміром Редхеда та Джона Карлстрома, головного дослідника DASI та співавтора в документі CBI, коли вони планували ці два інструменти десятиліття тому.
За словами Редхед, «Фізика не має задовільного пояснення темної енергії, яка домінує у Всесвіті. Ця проблема представляє найсерйозніший виклик фундаментальній фізиці з часу квантових та релятивістських революцій століття тому. Успіхи цих експериментів з поляризацією дають впевненість у нашій здатності досліджувати дрібні деталі поляризованого космічного фону, що врешті-решт кине світло на природу цієї темної енергії ».
"Успіх цих експериментів з поляризацією відкрив нове вікно для дослідження Всесвіту, що може дати нам змогу дослідити перші моменти Всесвіту за допомогою спостережень гравітаційних хвиль з епохи інфляції", - говорить Карлстром.
Аналіз даних CBI проводиться у співпраці з групами Національної обсерваторії радіоастрономії (NRAO) та в Канадському інституті теоретичної астрофізики (CITA).
"Це справді захоплюючий час космологічних досліджень, з надзвичайним зближенням теорії та спостережень, Всесвітом, сповненим таємниць, таких як темна речовина і темна енергія, і фантастичним набором нових технологій - тут є величезний потенціал для фундаментальних відкриттів" каже Стів Майєрс з NRAO, співавтор і ключовий член команди CBI від її створення.
За словами Річарда Бонда, директора CITA та співавтора доповіді, "Як теоретик на початку вісімдесятих років, коли ми вперше показали, що величина поляризації космічної мікрохвильової піч, ймовірно, буде фактором у сто внизу потужності від хвилинні коливання температури, які самі були героїчними зусиллями для виявлення, здавалося бажаним, думаючи, що навіть у якомусь далекому майбутньому такі хвилинні сигнали виявляться. Завдяки цим детектуванням поляризації бажане стало реальністю завдяки чудовим технологічним прогресам в експериментах, таких як CBI. Нашім привілеєм в CITA було повною мірою брати участь як члени команди CBI у розкритті цих сигналів та інтерпретації їх космологічного значення для того, що стало типовою моделлю формування та еволюції космічної структури ».
Наступним кроком для Readhead та його команди CBI буде суттєво уточнити ці спостереження за поляризацією, взявши більше даних, і перевірити, чи поляризований викид точно не виходить із сумарною інтенсивністю з метою знайти деякі підказки до природи темної матерії та темної енергії.
CBI являє собою мікрохвильовий масив телескопа, що складається з 13 окремих антен, діаметром приблизно три фути і що працюють в 10 частотних каналах, встановлених узгоджено, так що весь інструмент виступає набором 780 інтерферометрів. CBI розташований на Льонано-де-Чаджантор, високому плато в Чилі на відстані 16 800 футів, що робить його на сьогоднішній день найскладнішим науковим інструментом, який коли-небудь застосовувався на таких висотах. Насправді телескоп настільки високий, що члени наукової команди повинні виконувати кожну бутильовану кисню.
Оновлення CBI до поляризаційної спроможності було підтримане щедрою грантом від Kavli Operating Institute, і проект також є вдячним отримувачем постійної підтримки від Barbara та Stanley Rawn Jr. ЦБІ також підтримується Національним науковим фондом, Каліфорнійський технологічний інститут та Канадський інститут перспективних досліджень, а також отримали щедру підтримку від Максін і Рональда Лінде, Сесіля і Саллі Дрінкворд, та Інституту космологічної фізики Кавлі при Чиказькому університеті.
Окрім згаданих вище вчених, сьогодні документом Science Express є співавтор К. Конталді та Дж. Л. Сіверс із CITA, J.K. Картрайт і С. Падін, Калтех і Чиказький університет; Б. С. Мейсон та М. Поспішальський з НАПО; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus та J. May з Університету Чилі; К. Дікінсон, Дж. Ковач, Т. Дж. Пірсон і М. Шеперд з Калтеху; В. Хольцапфель з УК Берклі; Е. М. Лейтч і К. Прайк з Університету Чикаго; Д. Погосян з Університету Торонто та Університету Альберти; та Р. Бустос, Р. Ривз та С. Торрес з Університету Консепсьян, Чилі.
Оригінальне джерело: Caltech News Release
