Космолозите от Калифорнийския технологичен институт са използвали наблюдения, сочещи назад към отдалечената епоха на Вселената, когато за първи път се образуват атоми, за да открият движения сред семената, които са породили струпвания на галактики. Новите резултати показват движението на първичната материя по пътя й към формиране на галактически клъстери и суперкластери. Наблюденията са получени с инструмент високо в чилийските Анди, известен като Cosmic Background Imager (CBI), и те осигуряват нова увереност в точността на стандартния модел на ранната Вселена, в който настъпва бърза инфлация за миг след Големия взрив ,
Новата особеност на тези поляризационни наблюдения е, че те разкриват директно семената на галактическите клъстери и техните движения, докато пристъпват към образуването на първите струпвания на галактики.
Отчитайки се в онлайн изданието на Science Express на 7 октомври на Science Express, изтъкнатият професор по астрономия на Caltech и главен изследовател по проекта CBI, Антъни Рийдхед и неговият екип казват, че новите резултати от поляризацията осигуряват силна подкрепа за стандартния модел на Вселената като място, в което тъмната материя и тъмната енергия са много по-разпространени от ежедневната материя, както я познаваме, което представлява основен проблем за физиката. В Astrophysical Journal е представен придружителен документ, описващ ранните поляризационни наблюдения с CBI.
Космическият фон, наблюдаван от CBI, произхожда от ерата само 400 000 години след Големия взрив и предоставя богата информация за природата на Вселената. В тази отдалечена епоха не съществуваше нито една от познатите структури на Вселената - нямаше галактики, звезди или планети. Вместо това имаше само малки колебания на плътността и това бяха семената, от които галактики и звезди се образуваха под ръката на гравитацията.
Инструментите преди CBI са открили колебания в големи ъглови скали, съответстващи на маси, много по-големи от суперкластери на галактики. Високата разделителна способност на CBI позволи семената на структурите, които наблюдаваме около нас в сп. Space, да бъдат наблюдавани за първи път през януари 2000 г.
Разширяващата се Вселена се охлажда и с 400 000 години след Големия взрив е достатъчно хладна, за да се комбинират електрони и протони, за да образуват атоми. Преди това фотоните не можеха да пътуват далеч, преди да се сблъскат с електрон и Вселената беше като гъста мъгла, но в този момент Вселената стана прозрачна и от това време фотоните свободно текат по вселената, за да достигнат до нашите телескопи днес, 13,8 милиарда години по-късно. Така наблюденията на микровълновия фон дават моментна снимка на Вселената, тъй като тя е била само 400 000 години след Големия взрив - много преди образуването на първите галактики, звезди и планети.
Новите данни са събрани от CBI между септември 2002 г. и май 2004 г. и обхващат четири петна на небето, обхващащи обща площ триста пъти по-голяма от луната и показващи фини детайли само част от размера на луната. Новите резултати се основават на свойството на светлината, наречено поляризация. Това е свойство, което може да бъде демонстрирано лесно с двойка поляризиращи слънчеви очила. Ако човек гледа светлина, отразена от езерце през такива слънчеви очила и след това завърта слънчевите очила, човек вижда отразената светлина да варира по яркост. Това е така, защото отразената светлина е поляризирана, а поляризиращите слънчеви очила предават само светлина, чиято поляризация е правилно приведена в съответствие с очилата. CBI също извежда поляризираната светлина и именно детайлите на тази светлина разкриват движението на семената на галактическите клъстери.
В общата интензивност виждаме поредица от върхове и долини, където върховете са последователни хармоници на основен „тон“. В поляризираната емисия също виждаме поредица от върхове и долини, но върховете в поляризираната емисия съвпадат с долините в общата интензивност и обратно. С други думи, поляризираното излъчване е точно извън стъпка с общата интензивност. Това свойство на поляризираната емисия е извън стъпка с общата интензивност показва, че поляризираната емисия възниква от движението на материала.
Първото откриване на поляризирана емисия от градусовия ъглов интерферометър (DASI), сестринският проект на CBI, през 2002 г. предостави драматични доказателства за движение в ранната Вселена, както и измерванията с помощта на анизотропната сонда на Уилкинсън (WMAP) през 2003 г. Обявените днес резултати от CBI значително увеличават тези по-ранни констатации, като демонстрират директно и на малките скали, съответстващи на галактически клъстери, че поляризираната емисия е извън стъпка с общата интензивност.
Други данни за поляризацията на космическия микровълнов фон бяха публикувани само преди две седмици от екипа на DASI, чиито тригодишни резултати показват още убедителни доказателства, че поляризацията наистина се дължи на космическия фон и не е замърсена от радиация от Млечния път. Резултатите от тези два сестрински проекта следователно се допълват красиво, както беше намерението на Ридхед и Джон Карлстром, главен изследовател на DASI и съавтор по документа на CBI, когато те планираха тези два инструмента преди десетилетие.
Според Ридхед „Физиката няма задоволително обяснение за тъмната енергия, която доминира във Вселената. Този проблем представлява най-сериозното предизвикателство пред фундаменталната физика след квантовите и релативистки революции отпреди век. Успехите на тези експерименти с поляризация дават увереност в способността ни да изследваме фини детайли от поляризирания космически фон, който в крайна сметка ще хвърли светлина върху природата на тази тъмна енергия. "
"Успехът на тези експерименти с поляризация отвори нов прозорец за изследване на Вселената, който може да ни позволи да изследваме първите моменти на Вселената чрез наблюдения на гравитационни вълни от епохата на инфлацията", казва Карлстром.
Анализът на данните на CBI се извършва в сътрудничество с групи в Националната обсерватория за радиоастрономия (NRAO) и в Канадския институт за теоретична астрофизика (CITA).
„Това е наистина вълнуващо време в космологичните изследвания, със забележително сближаване на теорията и наблюдението, вселена, пълна с мистерии като тъмна материя и тъмна енергия и фантастичен масив от нови технологии - тук има огромен потенциал за фундаментални открития тук“ казва Стив Майерс от НАПО, съавтор и ключов член на екипа на CBI от самото му създаване.
Според Ричард Бонд, директор на CITA и съавтор на вестника, „Като теоретик в началото на осемдесетте години, когато за пръв път показвахме, че величината на космическата микровълнова фонова поляризация вероятно ще бъде фактор на сто по-ниска мощност от минусовите температурни колебания, които сами по себе си бяха героични усилия да се открият, изглеждаха пожелателни, мислейки, че дори в някакво далечно бъдеще подобни минутни сигнали ще бъдат разкрити. С тези детекти за поляризация желаното се е превърнало в реалност благодарение на забележителния технологичен напредък в експерименти като CBI. За нас беше привилегия на CITA да бъдем изцяло ангажирани като членове на екипа на CBI в разкриването на тези сигнали и интерпретирането на тяхното космологично значение за онова, което се превърна в стандартния модел за формиране и еволюция на космическата структура. "
Следващата стъпка за Ридхед и неговия екип от CBI ще бъде да прецизират значително тези поляризационни наблюдения, като вземат повече данни и да проверят дали поляризираната емисия е точно извън стъпката с общата интензивност с цел намиране на някои улики към природата на тъмната материя и тъмната енергия.
CBI е микровълнов телескопен масив, включващ 13 отделни антени, диаметър около три фута и работещи в 10 честотни канала, създадени съвместно, така че всички инструменти действат като набор от 780 интерферометри. CBI е разположен в Llano de Chajnantor, високо плато в Чили на 16 800 фута, което го прави далеч най-сложният научен инструмент, използван някога на толкова голяма височина. Телескопът всъщност е толкова висок, че членовете на научния екип трябва да носят бутилиран кислород, за да свършат работата.
Надграждането на CBI до способността за поляризация беше подкрепено с щедър грант от Kavli Operating Institute, а проектът е и благодарният получател на постоянната подкрепа от Barbara и Stanley Rawn Jr. ЦБИ се поддържа и от Националната научна фондация, Калифорнийският технологичен институт и Канадският институт за усъвършенствани изследвания, а също така получи щедра подкрепа от Максин и Роналд Линде, Сесил и Сали Дринкърд, както и от Института за космологична физика на Кавли в Чикагския университет.
В допълнение към споменатите по-горе учени, днешната книга Science Express е съавтор на C. Contaldi и J. L. Sievers от CITA, J.K. Картрайт и С. Падин, както от Калтех, така и от Чикагския университет; B. S. Mason и M. Pospieszalski от НАПО; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus и J. May от университета в Чили; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson и M. Shepherd of Caltech; W. Holzapfel от UC Berkeley; Е. М. Лейч и К. Прайк от Чикагския университет; Д. Погосян от Университета в Торонто и Университета в Алберта; и Р. Бустос, Р. Рийвс и С. Торес от Университета в Консепсисион, Чили.
Оригинален източник: Caltech News Release
