California tehnoloogiainstituudi kosmoloogid on kasutanud vaatlusi, mis uurivad universumi kaugemat ajastut, kui aatomid esmakordselt moodustusid, et tuvastada seemnete liikumisi, mis põhjustasid galaktikate klastrite moodustumise. Uued tulemused näitavad ürgse mateeria liikumist teel galaktikate klastrite ja superklastrite moodustamisse. Vaatlused saadi Tšiili Andides kõrgel instrumendil, mida tuntakse kui Cosmic Background Imager (CBI), ja need annavad uue kindluse varajase universumi standardmudeli täpsuses, kus kiire inflatsioon toimus lühikese hetkega pärast Suurt Pauku. .
Nende polarisatsioonivaatluste uudne eripära on see, et nad paljastavad galaktikate klastrite seemned ja nende liikumise otse galaktikate esimeste klastrite moodustumisel.
Anthony Readhead ja tema meeskond väidavad 7. oktoobri veebiväljaandes Science Expressi, Caltechi Rawni astronoomiaprofessori ja CBI projekti uurija Anthony Readheadi ja tema meeskonna sõnul, et uued polarisatsioonitulemid pakuvad tugevat tuge universumi kui mudeli kui mudeli standardmudelile. tume aine ja tume energia on palju rohkem levinud kui argipäev, nagu me seda teame, mis on füüsika jaoks suur probleem. Astrofüüsikaajakirjale on lisatud kaaskiri, milles kirjeldatakse varajasi polarisatsiooni vaatlusi CBI-ga.
CBI vaadeldav kosmiline taust on pärit ajastust vaid 400 000 aastat pärast Suurt Pauku ja pakub rikkalikku teavet universumi olemuse kohta. Sel kaugel ajastul polnud ühtegi universumi tuttavat struktuuri olemas - ei olnud galaktikaid, tähti ega planeete. Selle asemel olid ainult väikesed tiheduse kõikumised ja need olid seemned, millest gravitatsiooni käe all moodustusid galaktikad ja tähed.
Enne CBI-d olnud instrumendid olid tuvastanud kõikumised suurtel nurga skaaladel, mis vastavad massidele, mis on palju suuremad kui galaktikate superklastrid. CBI kõrge eraldusvõime võimaldas kosmoseajakirjas meie ümber täheldatud struktuuride seemneid esimest korda jälgida 2000. aasta jaanuaris.
Laienev universum jahtus ja 400 000 aastat pärast Suurt Pauku oli see piisavalt jahe, et elektronid ja prootonid aatomite moodustamiseks omavahel ühendada. Enne seda aega ei saanud footonid enne elektroniga kokkupõrget kaugele liikuda ja universum oli nagu tihe udu, kuid sel hetkel muutus universum läbipaistvaks ja sellest ajast alates voolas footonid vabalt kogu universumis, et jõuda täna meie teleskoopidesse, 13,8 miljardit aastat hiljem. Seega annavad mikrolaine tausta vaatlused ülevaate universumist, kuna see oli vaid 400 000 aastat pärast Suurt Pauku - ammu enne esimeste galaktikate, tähtede ja planeetide moodustumist.
Uusi andmeid kogus CBI ajavahemikus 2002. aasta septembrist kuni 2004. aasta maini ja need hõlmavad nelja taevalaiku, hõlmates kogupinda Kuu suurusest kolmsada korda ja näidates peeneid detaile vaid murdosa kuu suurusest. Uued tulemused põhinevad valguse omadusel, mida nimetatakse polarisatsiooniks. See on omadus, mida saab hõlpsalt demonstreerida paari polariseeriva päikeseprilliga. Kui vaadelda selliste päikeseprillide kaudu tiigilt peegelduvat valgust ja seejärel päikeseprille pöörata, siis nähakse peegeldunud valguse heledust. Seda seetõttu, et peegeldunud valgus on polariseeritud ja polariseeruvad päikeseprillid edastavad ainult valgust, mille polarisatsioon on klaasidega õigesti joondatud. Ka CBI valib polariseeritud valguse ja just selle valguse üksikasjad näitavad galaktikaparvede seemnete liikumist.
Kogu intensiivsuses näeme piikide ja orgude seeriat, kus tipud on põhimõttelise “tooni” järjestikused harmooniad. Polariseeritud emissioonis näeme ka rea piike ja orusid, kuid polariseeritud emissiooni piigid langevad kogu intensiivsusega kokku orgudega ja vastupidi. Teisisõnu, polariseeritud emissioon on kogu intensiivsusega täpselt sammunud. See, et polariseeritud emissioon on koguintensiivsusega etapist väljas, näitab, et polariseeritud emissioon tuleneb materjali liikumisest.
Polariseeritud emissiooni esimene tuvastus CBI sõsarprojekti kraadise nurga skaala interferomeetri (DASI) abil 2002. aastal andis dramaatilisi tõendeid liikumisest varases universumis, nagu ka Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiasondiga (WMAP) tehtud mõõtmised 2003. aastal. Täna avaldatud CBI tulemused täiendavad neid varasemaid leide märkimisväärselt, näidates galaktikate klastritele vastavatel väikestel skaaladel, et polariseeritud emissioon on koguintensiivsusega ühti.
Muud andmed kosmilise mikrolaine tausta polarisatsiooni kohta avaldas vaid kaks nädalat tagasi DASI meeskond, kelle kolme aasta tulemused näitavad täiendavaid kaalukaid tõendeid selle kohta, et polariseerumine on tõepoolest tingitud kosmilisest taustast ja seda ei saasta Linnutee kiirgus. Nende kahe sõsarprojekti tulemused täiendavad seetõttu teineteist ilusti, nagu ka DASI uurija ja CBI paberil olnud kaasautori Readheadi ja John Carlstromi kavatsus, kui nad neid kahte instrumenti kümme aastat tagasi kavandasid.
Readheadi sõnul pole füüsikal rahuldavat selgitust universumis domineeriva tumeda energia kohta. See probleem on põhifüüsika jaoks kõige tõsisem väljakutse pärast sajandi taguseid kvant- ja relativistlikke pöördeid. Nende polarisatsioonieksperimentide õnnestumised annavad kindlustunde meie suutlikkuses sondeerida polariseeritud kosmilise tausta peeneid detaile, mis lõpuks annavad valgust selle tumeda energia olemusele. ”
"Nende polarisatsioonieksperimentide edu on avanud uue akna universumi uurimiseks, mis võib võimaldada meil uurida universumi esimesi paiku, jälgides gravitatsioonilaineid inflatsiooni ajastul," ütleb Carlstrom.
CBI andmete analüüs toimub koostöös riikliku raadioastronoomia vaatluskeskuse (NRAO) ja Kanada teoreetilise astrofüüsika instituudi (CITA) rühmadega.
"See on tõeliselt põnev aeg kosmoloogilistes uuringutes koos tähelepanuväärse teooria ja vaatluse lähenemisega, universum, mis on täis müsteeriume, nagu tumeaine ja tume energia, ning fantastiline hulk uusi tehnoloogiaid - siin on tohutu potentsiaal fundamentaalsete avastuste jaoks" ütles Steve Myers NRAO-st, CBI meeskonna kaasautor ja võtmeliige selle loomisest peale.
CITA direktori ja paberlehe kaasautori Richard Bondi sõnul: “Teoreetikuna kaheksakümnendate aastate alguses, kui me esimest korda näitasime, et kosmilise mikrolaine taustal toimuva polarisatsiooni suurusjärk on tõenäoliselt sada korda vähem kui minutiliste temperatuuride kõikumiste kohta, mis olid iseenesest kangelaslik ettevõtmine, tundus soovunelm, et isegi kauges kauges tulevikus ilmnevad sellised minusignaalid. Nende polarisatsioonituvastustega on soovitu saanud reaalseks tänu märkimisväärsele tehnoloogia arengule sellistes eksperimentides nagu CBI. Meie CITA-l on olnud privileeg olla täielikult kaasatud CBI meeskonna liikmete hulka nende signaalide paljastamisel ja nende kosmoloogilise tähtsuse tõlgendamisel selle jaoks, mis on kujunenud kosmilise struktuuri kujunemise ja evolutsiooni standardmudeliks. ”
Järgmine samm Readheadi ja tema CBI meeskonna jaoks on nende polarisatsiooni vaatluste täiustamine, võttes täiendavaid andmeid, ja katsetamine, kas polariseeritud emissioon on kogu intensiivsusega täpselt kooskõlas või mitte, eesmärgiga leida loodusele vihjeid. tumedast ainest ja tumedast energiast.
CBI on mikrolaine teleskoobimassiiv, mis koosneb 13 eraldi antennist, igaüks läbimõõduga umbes kolm jalga ja töötab 10 sageduskanalis, mis on kokku pandud nii, et kogu instrument toimib 780 interferomeetri komplektina. CBI asub Llano de Chajnantoris, Tšiilis kõrgel platool, 16 800 jala kõrgusel, mis teeb sellest vaieldamatult kõige keerukama teadusinstrumendi, mida nii suurtel kõrgustel kunagi kasutatud. Teleskoop on tegelikult nii kõrge, et teadustegevuse meeskonna liikmed peavad töö tegemiseks igaüks kandma pudelisse villitud hapnikku.
CBI täiendamist polarisatsioonivõimeks toetas Kavli tegutsev instituut helde toetusega. Projekt on ka tänuväärne jätkuva toetuse saaja Barbara ja Stanley Rawn Jr poolt. CBI toetab ka Riiklik Teadusfond. California tehnoloogiainstituut ja Kanada kõrgtehnoloogiliste teadusuuringute instituut, samuti on nad saanud heldet tuge Maxine'ilt ja Ronald Linde'ilt, Cecililt ja Sally Drinkwardilt ning Chicago ülikooli kosmoloogilise füüsika instituudilt Kavli.
Lisaks ülalnimetatud teadlastele on tänase ajakirja Science Express kaasautoriks C. Contaldi ja J.A. Sievers CITAst, J.K. Cartwright ja S. Padin, mõlemad Caltechist ja Chicago ülikoolist; B. S. Mason ja M. Pospieszalski NRAO-st; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus ja J. May - kõik Tšiili ülikool; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson ja Caltechi M. Shepherd; W. Holzapfel UC Berkeleyst; E. M. Leitch ja C. Pryke Chicago ülikoolist; D. Pogosyan Toronto ülikoolist ja Alberta ülikoolist; ja R. Bustos, R. Reeves ja S. Torres Tšiili Concepci ülikoolist.
Algne allikas: Caltech News Release
