Kozmológovia z Kalifornského technologického inštitútu použili pozorovania sondujúce späť do vzdialenej epochy vesmíru, keď sa atómy prvýkrát tvorili na detekciu pohybov medzi semenami, ktoré dali vznik zhlukom galaxií. Nové výsledky ukazujú pohyb prvotnej hmoty na jej ceste k formovaniu klastrov a superklastrov galaxií. Pozorovania boli získané pomocou nástroja vysoko v čílskych Andách známych ako Cosmic Background Imager (CBI) a poskytujú novú dôveru v presnosť štandardného modelu raného vesmíru, v ktorom k rýchlej inflácii došlo krátko po Veľkom tresku. ,
Novinkou týchto pozorovaní polarizácie je, že priamo odhaľujú semená klastrov galaxií a ich pohyby, keď pokračovali vo vytváraní prvých klastrov galaxií.
V 7. vydaní online časopisu Science Express, profesora astronómie Caltechho Rawn, a hlavného výskumného pracovníka projektu CBI, Anthony Readhead a jeho tím tvrdia, že nové výsledky polarizácie poskytujú silnú podporu štandardnému modelu vesmíru ako miesta, kde temná hmota a temná energia sú oveľa častejšie ako každodenná hmota, ako ju poznáme, čo predstavuje veľký problém pre fyziku. Do časopisu Astrofyzical Journal bol predložený sprievodný dokument opisujúci pozorovania skorej polarizácie pomocou CBI.
Kozmické pozadie pozorované CBI pochádza z éry len 400 000 rokov po Veľkom tresku a poskytuje množstvo informácií o povahe vesmíru. V tejto vzdialenej dobe neexistovala známa štruktúra vesmíru - neboli galaxie, hviezdy ani planéty. Namiesto toho tu boli len malé výkyvy hustoty a to boli semená, z ktorých sa galaxie a hviezdy tvorili pod gravitačnou rukou.
Prístroje pred CBI detegovali kolísanie vo veľkých uhlových mierkach, čo zodpovedá hmotám omnoho väčším ako superklastre galaxií. Vysoké rozlíšenie CBI umožnilo pozorovanie semien štruktúr, ktoré okolo nás sledujeme v časopise Space Magazine, prvýkrát v januári 2000.
Rozširujúci sa vesmír sa ochladil a 400 000 rokov po Veľkom tresku bolo dosť chladné, aby sa elektróny a protóny mohli spojiť, aby vytvorili atómy. Pred týmto časom fotóny nemohli cestovať ďaleko skôr, ako sa zrazili s elektrónom, a vesmír bol ako hustá hmla, ale v tomto bode sa vesmír stal priehľadným a od tej doby sa fotóny voľne rozprestierali cez vesmír, aby sa dostali dnes na naše teleskopy, O 13,8 miliárd rokov neskôr. Preto pozorovania mikrovlnného pozadia poskytujú snímku vesmíru, pretože to bolo len 400 000 rokov po Veľkom tresku - dlho pred vytvorením prvých galaxií, hviezd a planét.
Nové údaje zozbieral CBI v období od septembra 2002 do mája 2004 a pokrývajú štyri škvrny oblohy, ktoré pokrývajú celkovú plochu tristo krát väčšiu ako Mesiac a jemné detaily ukazujú iba zlomok veľkosti Mesiaca. Nové výsledky sú založené na vlastnosti svetla nazývanej polarizácia. Toto je vlastnosť, ktorú je možné ľahko demonštrovať pomocou polarizačných slnečných okuliarov. Ak sa človek pozerá na svetlo odrážané z rybníka cez tieto slnečné okuliare a potom slnečné okuliare otáča, odráža sa odrazené svetlo, ktoré sa mení jasom. Je to tak preto, že odrazené svetlo je polarizované a polarizačné slnečné okuliare vysielajú iba svetlo, ktorého polarizácia je správne zarovnaná s okuliarmi. CBI taktiež vyberá polarizované svetlo a sú to detaily tohto svetla, ktoré odhaľujú pohyb semien klastrov galaxií.
V celkovej intenzite vidíme sériu vrcholov a dolín, kde vrcholy sú postupné harmonické základného tónu. V polarizovanej emisii vidíme aj sériu píkov a dolín, ale vrcholy v polarizovanej emisii sa zhodujú s dolinami v celkovej intenzite a naopak. Inými slovami, polarizovaná emisia je úplne mimo krok s celkovou intenzitou. Táto vlastnosť polarizovanej emisie, ktorá je mimo stupňa s celkovou intenzitou, naznačuje, že polarizovaná emisia vzniká z pohybu materiálu.
Prvá detekcia polarizovanej emisie pomocou interferometra s stupňom uhlovej stupnice (DASI), sesterský projekt CBI, v roku 2002 poskytla dramatické dôkazy o pohybe v ranom vesmíre, ako aj merania pomocou Wilkinsonovej mikrovlnnej anizotropnej sondy (WMAP) v roku 2003. Výsledky CBI, ktoré boli dnes ohlásené, významne zvyšujú tieto predchádzajúce zistenia priamym demonštrovaním a na malých mierkach zodpovedajúcich galaxiovým zhlukom, že polarizovaná emisia je mimo krok s celkovou intenzitou.
Ďalšie údaje o polarizácii kozmického mikrovlnného pozadia zverejnil pred dvoma týždňami tím DASI, ktorého výsledky za tri roky ukazujú ďalší presvedčivý dôkaz, že polarizácia je skutočne dôsledkom kozmického pozadia a nie je kontaminovaná žiarením z Mliečnej dráhy. Výsledky týchto dvoch sesterských projektov sa preto navzájom pekne dopĺňajú, ako to bolo v úmysle Readheada a Johna Carlstroma, hlavného vyšetrovateľa DASI a spoluautora na dokumente CBI, keď tieto dva nástroje plánovali pred desiatimi rokmi.
Podľa Readheada „Fyzika nemá uspokojivé vysvetlenie temnej energie, ktorá dominuje vesmíru. Tento problém predstavuje najzávažnejšiu výzvu pre základnú fyziku od kvantových a relativistických revolúcií spred storočia. Úspechy týchto experimentov polarizácie dávajú dôveru v našu schopnosť snímať jemné detaily polarizovaného kozmického pozadia, ktoré nakoniec vrhne svetlo na povahu tejto temnej energie. “
„Úspech týchto experimentov s polarizáciou otvoril nové okno na objavovanie vesmíru, ktoré nám môže dovoliť snímať prvé okamihy vesmíru pozorovaním gravitačných vĺn z obdobia inflácie,“ hovorí Carlstrom.
Analýza údajov CBI sa vykonáva v spolupráci so skupinami na Národnom rádiovom observatóriu rádia (NRAO) a na Kanadskom ústave teoretickej astrofyziky (CITA).
"Je to skutočne vzrušujúci čas v kozmologickom výskume, s pozoruhodnou konvergenciou teórie a pozorovania, vesmírom plným tajomstiev, ako je temná hmota a temná energia, a fantastickým súborom nových technológií - existuje tu obrovský potenciál pre základné objavy." hovorí Steve Myers z NRAO, spoluautor a kľúčový člen tímu CBI od jeho vzniku.
Podľa Richarda Bonda, riaditeľa CITA a spoluautora článku, „Ako teoretik na začiatku osemdesiatych rokov, keď sme prvýkrát ukazovali, že veľkosť polarizácie kozmického mikrovlnného pozadia bude pravdepodobne faktorom stovky dole pri moci Po malých teplotných výkyvoch, ktoré boli hrdinskou snahou objaviť, sa zdalo zbožné želanie, že aj v ďalekej ďalekej budúcnosti by sa takéto minútové signály odhalili. S týmito detekciami polarizácie sa túžba stala realitou vďaka pozoruhodným technologickým pokrokom v experimentoch, ako je CBI. Je pre nás cťou, aby sme sa ako členovia tímu CBI plne angažovali pri odhalení týchto signálov a interpretácii ich kozmologického významu pre to, čo sa ukázalo ako štandardný model tvorby a vývoja kozmickej štruktúry. “
Ďalším krokom pre Readheada a jeho tím CBI bude výrazne spresniť tieto pozorovania polarizácie tým, že vezme viac údajov, a otestovať, či polarizovaná emisia je presne mimo krok s celkovou intenzitou s cieľom nájsť nejaké stopy k prírode. temnej hmoty a temnej energie.
CBI je pole mikrovlných ďalekohľadov obsahujúce 13 samostatných antén, každá s priemerom približne 3 stopy a pracujúcich v 10 frekvenčných kanáloch, usporiadaných tak, že celé nástroje fungujú ako sada 780 interferometrov. CBI sa nachádza v Llano de Chajnantor, vysokej náhornej plošine v Čile na 16 800 stôp, čo z nej robí najsofistikovanejší vedecký nástroj, aký sa kedy používal v takých vysokých nadmorských výškach. V skutočnosti je ďalekohľad taký vysoký, že členovia vedeckého tímu musia mať na vykonanie práce kyslík vo fľašiach.
Modernizácia CBI na schopnosť polarizácie bola podporená veľkorysým grantom z Operačného inštitútu Kavli a projekt je tiež vďačným príjemcom pokračujúcej podpory od Barbary a Stanleyho Rawn ml. CBI podporuje aj Národná vedecká nadácia, Kalifornský technologický inštitút a Kanadský inštitút pre pokročilý výskum a získal tiež veľkorysú podporu od Maxine a Ronalda Lindeho, Cecila a Sally Drinkwarda a Kavliho inštitútu pre kozmologickú fyziku na Chicagskej univerzite.
Okrem vyššie uvedených vedcov sú dnešné príspevky časopisu Science Express spoluautormi C. Contaldi a J. L. Sievers z CITA, J.K. Cartwright a S. Padin, Caltech aj University of Chicago; B. S. Mason a M. Pospieszalski z NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus a J. mája, všetky chilské univerzity; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson a M. Shepherd z Caltech; W. Holzapfel z UC Berkeley; E. M. Leitch a C. Pryke z University of Chicago; D. Pogosyan z University of Toronto a University of Alberta; a R. Bustos, R. Reeves a S. Torres z University of Concepción, Chile.
Pôvodný zdroj: Caltech News Release
