Kosmologi no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta ir izmantojuši novērojumus, kas sniedzas atpakaļ uz visumu tālo laikmetu, kad pirmoreiz veidojās atomi, lai atklātu kustības starp sēklām, kas radīja galaktiku kopas. Jaunie rezultāti parāda pirmatnējās matērijas kustību ceļā uz galaktiku kopu un superklasteru veidošanos. Novērojumi tika iegūti ar Čīles Andos augstu instrumentu, kas pazīstams kā Kosmiskais fona attēlotājs (CBI), un tie sniedz jaunu pārliecību par agrīnā Visuma standarta modeļa precizitāti, kurā strauja inflācija notika īsu brīdi pēc Lielā sprādziena .
Jaunā šo polarizācijas novērojumu iezīme ir tāda, ka tie tieši atklāj galaktiku kopu sēklas un to kustības, kad viņi veidoja pirmos galaktiku kopus.
Ziņojot 7. oktobra tiešsaistes izdevumā Science Express, Caltech's Rawn astronomijas profesoram un CBI projekta galvenajam pētniekam Entonijam Lasvedam un viņa komandai, jaunie polarizācijas rezultāti sniedz spēcīgu atbalstu Visuma kā vietas, kur tas atrodas, standarta modelim. tumšā matērija un tumšā enerģija ir daudz izplatītāka nekā ikdienas lieta, kā mēs to zinām, kas rada lielas problēmas fizikā. Astrofizikas žurnālā ir iesniegts pavaddokuments, kurā aprakstīti agrīni polarizācijas novērojumi ar CBI.
CBI novērotais kosmiskais fons ir radies laikmetā tikai 400 000 gadu pēc Lielā sprādziena, un tas sniedz daudz informācijas par Visuma dabu. Šajā attālajā laikmetā neviena no pazīstamajām Visuma struktūrām neeksistēja - nebija galaktiku, zvaigžņu vai planētu. Tā vietā bija tikai nelielas blīvuma svārstības, un tās bija sēklas, no kurām galaktikas un zvaigznes izveidojās zem smaguma spēka.
Instrumenti pirms CBI bija atklājuši svārstības lielos leņķa mērogos, kas atbilst masām, kas ir daudz lielākas nekā galaktiku superklases. CBI augstā izšķirtspēja ļāva pirmo reizi novērot to struktūru sēklas, kuras mēs novērojam mums apkārt žurnālā Space, 2000. gada janvārī.
Paplašinātais Visums atdzisa un 400 000 gadus pēc Lielā sprādziena tas bija pietiekami atdzisis, lai elektroni un protoni varētu apvienoties, veidojot atomus. Pirms šī laika fotoni nevarēja tālu nokļūt, pirms sadūrās ar elektronu, un Visums bija kā blīva migla, taču šajā brīdī Visums kļuva caurspīdīgs, un kopš tā laika fotoni ir brīvi straumējuši visā Visumā, lai sasniegtu mūsu teleskopus šodien, 13,8 miljardi gadu vēlāk. Tādējādi mikroviļņu fona novērojumi sniedz momentuzņēmumu par Visumu, jo tas bija tikai 400 000 gadu pēc Lielā sprādziena - ilgi pirms pirmo galaktiku, zvaigžņu un planētu veidošanās.
Jaunos datus CBI apkopoja laika posmā no 2002. gada septembra līdz 2004. gada maijam, un tie aptver četrus debesu plankumus, aptverot kopējo platību, kas ir trīs simti reizes lielāka par Mēness lielumu, un parādot smalkas detaļas tikai daļu no mēness lieluma. Jaunie rezultāti balstās uz gaismas īpašību, ko sauc par polarizāciju. Tas ir īpašums, ko var viegli pierādīt ar pāris polarizējošām saulesbrillēm. Ja aplūko gaismu, kas atspīd no dīķa caur šādām saulesbrillēm, un pēc tam pagriež saulesbrilles, redzams, ka atstarotā gaisma atšķiras ar spilgtumu. Tas notiek tāpēc, ka atstarotā gaisma ir polarizēta, un polarizējošās saulesbrilles pārraida tikai gaismu, kuras polarizācija ir pareizi izlīdzināta ar brillēm. CBI tāpat izraida polarizēto gaismu, un tieši šīs gaismas detaļas atklāj galaktiku kopu sēklu kustību.
Kopējā intensitātē mēs redzam virkni virsotņu un ieleju, kur virsotnes ir secīgas harmoniskas pamata “tonis”. Polarizētajā emisijā mēs redzam arī virkni virsotņu un ieleju, bet polarizētās emisijas virsotnes sakrīt ar ielejām kopējā intensitātē un otrādi. Citiem vārdiem sakot, polarizētā emisija precīzi neatbilst kopējai intensitātei. Šī polarizētās emisijas īpašība, kas neatbilst kopējai intensitātei, norāda, ka polarizētā emisija rodas no materiāla kustības.
Pirmais polarizētās emisijas noteikšana ar grādu leņķa skalas interferometru (DASI), kas ir CBI māsas projekts, 2002. gadā sniedza dramatiskus pierādījumus par kustību agrīnajā Visumā, tāpat kā Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zondes (WMAP) mērījumi 2003. gadā. Šodien paziņotie CBI rezultāti ievērojami papildina šos iepriekšējos atklājumus, tieši un nelielos mērogos, kas atbilst galaktiku klasteriem, parādot, ka polarizētā emisija neatbilst kopējai intensitātei.
Citus datus par kosmisko mikroviļņu fona polarizāciju izlaida tieši pirms divām nedēļām DASI komanda, kuras trīs gadu rezultāti rāda papildu pārliecinošus pierādījumus tam, ka polarizācija patiešām notiek kosmiskā fona dēļ un nav piesārņota ar Piena ceļa radīto starojumu. Tāpēc šo divu māsu projektu rezultāti skaisti papildina viens otru, kā to bija iecerējuši arī Readhead un John Carlstrom, DASI galvenais izmeklētājs un CBI papīra līdzautors, kad viņi plānoja šos divus instrumentus pirms desmit gadiem.
Pēc Readhead teiktā: “Fizikai nav pietiekamu izskaidrojumu tumšajai enerģijai, kas dominē Visumā. Šī problēma ir visnopietnākais fizikas izaicinājums kopš kvantu un relativistiskajām revolūcijām pirms gadsimta. Šo polarizācijas eksperimentu panākumi dod pārliecību par mūsu spēju uztvert sīkas detaļas par polarizēto kosmisko fonu, kas galu galā parādīs šīs tumšās enerģijas raksturu. ”
"Šo polarizācijas eksperimentu panākumi ir pavēruši jaunu logu Visuma izpētei, kas, iespējams, ļaus mums pārbaudīt pirmos Visuma instinktus, novērojot gravitācijas viļņus no inflācijas laikmeta," saka Karlstroms.
CBI datu analīze tiek veikta sadarbībā ar grupām Nacionālajā radioastronomijas observatorijā (NRAO) un Kanādas Teorētiskās astrofizikas institūtā (CITA).
"Šis ir patiešām aizraujošs laiks kosmoloģiskos pētījumos ar ievērojamu teorijas un novērojumu konverģenci, Visumu, kas pilns ar noslēpumiem, piemēram, tumšo vielu un tumšo enerģiju, un fantastisku jauno tehnoloģiju klāstu - šeit ir milzīgs potenciāls fundamentāliem atklājumiem." saka Stīvs Myers no NRAO, CBI komandas līdzautors un galvenais loceklis no tās pirmsākumiem.
Pēc Ričarda Bonda, CITA direktora un papīra līdzautora teiktā: “Kā teorētiķis astoņdesmito gadu sākumā, kad mēs pirmo reizi parādījām, ka kosmiskās mikroviļņu fona polarizācijas lielums, iespējams, ir simts reizes mazāks, nekā spēks no Minūtiskās temperatūras svārstības, kuras pašas par sevi bija varonīgi centieni atklāties, šķita, ka vēlme liek domāt, ka pat tālu tālā nākotnē šādi minūtes signāli tiks atklāti. Ar šo polarizācijas noteikšanu vēlamais ir kļuvis par realitāti, pateicoties ievērojamam tehnoloģiskajam progresam tādos eksperimentos kā CBI. Mūsu privilēģija CITA ir būt pilnībā iesaistītam kā CBI komandas locekļiem, atklājot šos signālus un interpretējot to kosmoloģisko nozīmi tam, kas parādījies kā kosmiskās struktūras veidošanās un evolūcijas standarta modelis. ”
Nākamais Readhead un viņa CBI komandas solis būs ievērojami uzlabot šos polarizācijas novērojumus, ņemot vairāk datu, un pārbaudīt, vai polarizētā emisija ir precīzi neatbilst kopējai intensitātei ar mērķi atrast dažus cēloņus dabai. tumšās matērijas un tumšās enerģijas.
CBI ir mikroviļņu teleskopu bloks, kas sastāv no 13 atsevišķām antenām, kuru diametrs ir aptuveni trīs pēdas un kuras darbojas 10 frekvences kanālos, un kas ir uzstādītas tā, lai viss instruments darbotos kā 780 interferometru komplekts. CBI atrodas Llano de Chajnantor, Čīles augstajā plato, kas atrodas 16 800 pēdu augstumā, padarot to par vissarežģītāko zinātnisko instrumentu, kāds jebkad izmantots šādos lielos augstumos. Faktiski teleskops ir tik augsts, ka zinātniskās grupas locekļiem katram ir līdzi jāņem pudelēs iepildīts skābeklis.
CBI jaunināšanu uz polarizācijas iespējām atbalstīja dāsna Kavli operācijas institūta dotācija, un projekts ir arī pateicīgs pastāvīgā atbalsta saņēmējs no Barbaras un Stenlija Rauna jaunākā. CBI atbalsta arī Nacionālais zinātnes fonds, Kalifornijas Tehnoloģiju institūts un Kanādas progresīvo pētījumu institūts, kā arī saņēmis dāsnu atbalstu no Maksina un Ronalda Lindes, Cecilas un Sallijas Drinkvardas un Čikāgas Universitātes Kavli Kosmoloģiskās fizikas institūta.
Papildus iepriekšminētajiem zinātniekiem šodienas žurnāla Science Express līdzautors ir C. Contaldi un J. L. Sievers no CITA, J.K. Cartwright un S. Padin, abi no Kaltehas un Čikāgas universitātes; B. S. Mason un M. Pospieszalski no NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus un J. May visi no Čīles universitātes; C. Dikinsons, J. Kovacs, T. J. Pīrsons un M. Shepherd no Caltech; W. Holzapfel no UC Berkeley; E. M. Leitch un C. Pryke no Čikāgas universitātes; D. Pogosjans no Toronto Universitātes un Alberta Universitātes; un R. Bustos, R. Reeves un S. Torres no Koncepcijas universitātes, Čīle.
Oriģinālais avots: Caltech News Release
