Kosmologové z Kalifornského technologického institutu použili pozorování sondující zpět do vzdálené epochy vesmíru, když se atomy poprvé formovaly k detekci pohybů mezi semeny, které vedly ke vzniku shluků galaxií. Nové výsledky ukazují pohyb prvotní hmoty na cestě k formování klastrů a superklasterů galaxií. Pozorování byla získána pomocí nástroje vysoko v chilských Andách známých jako Cosmic Background Imager (CBI) a poskytují novou důvěru v přesnost standardního modelu raného vesmíru, ve kterém k rychlé inflaci došlo krátce po Velkém třesku .
Novinkou těchto pozorování polarizace je to, že přímo odhalují semena klastrů galaxií a jejich pohyby, když pokračovali ve vytváření prvních shluků galaxií.
Anthony Readhead a jeho tým uvedli, že nové výsledky polarizace poskytují silnou podporu standardnímu modelu vesmíru jako místo, na kterém se v 7. vydání online vydání časopisu Science Express, Caltechova Rawnského profesora astronomie a hlavního řešitele projektu CBI vyjádřily silné podpory. temná hmota a temná energie jsou mnohem častější než každodenní hmota, jak ji známe, což představuje velký problém pro fyziku. Do Astrophysical Journal byl předložen doprovodný papír popisující časná pozorování polarizace s CBI.
Vesmírné pozadí pozorované CBI pochází z éry pouhých 400 000 let po Velkém třesku a poskytuje množství informací o povaze vesmíru. V této vzdálené epochě neexistovala žádná známá struktura vesmíru - neexistovaly žádné galaxie, hvězdy ani planety. Místo toho došlo pouze k malým výkyvům hustoty a to byla semena, z nichž se galaxie a hvězdy tvořily pod gravitační rukou.
Nástroje před CBI detekovaly kolísání na velkých úhlových stupnicích, což odpovídá hmotám mnohem větším než superklastory galaxií. Vysoké rozlišení CBI umožnilo poprvé v lednu 2000 pozorovat semena struktur, které kolem nás sledujeme v časopise Space Magazine.
Rozšiřující se vesmír se ochladil a 400 000 let po Velkém třesku bylo dost chladné, aby se elektrony a protony spojily a vytvořily atomy. Předtím nemohli fotony cestovat daleko dříve, než se srazily s elektronem, a vesmír byl jako hustá mlha, ale v tomto bodě se vesmír stal průhledným a od té doby se fotony volně pohybovaly přes vesmír, aby se dostaly k našim dalekohledům dnes, O 13,8 miliardy let později. Takže pozorování mikrovlnného pozadí poskytuje snímek vesmíru, protože to bylo jen 400 000 let po Velkém třesku - dlouho před vytvořením prvních galaxií, hvězd a planet.
Nové údaje byly shromážděny CBI v období od září 2002 do května 2004 a pokrývají čtyři skvrny oblohy, které pokrývají celkovou plochu třikrát větší než je velikost měsíce a jemné detaily ukazují jen zlomek velikosti měsíce. Nové výsledky jsou založeny na vlastnosti světla zvané polarizace. Toto je vlastnost, kterou lze snadno demonstrovat pomocí polarizačních brýlí. Pokud se člověk podívá na světlo odražené od rybníka skrz takové sluneční brýle a poté otočí sluneční brýle, vidí se odražené světlo měnící se v jasu. Je to proto, že odražené světlo je polarizované a polarizační sluneční brýle propouštějí pouze světlo, jehož polarizace je správně vyrovnána s brýlemi. CBI rovněž vybírá polarizované světlo a právě detaily tohoto světla odhalují pohyb semen galaxií.
V celkové intenzitě vidíme řadu vrcholů a údolí, kde vrcholy jsou po sobě jdoucí harmonické základní tóny. V polarizované emisi vidíme také řadu vrcholů a údolí, ale vrcholy v polarizované emisi se shodují s údolími v celkové intenzitě a naopak. Jinými slovy, polarizovaná emise je naprosto mimo krok s celkovou intenzitou. Tato vlastnost polarizované emise, která je mimo stupeň s celkovou intenzitou, naznačuje, že polarizovaná emise vzniká z pohybu materiálu.
První detekce polarizované emise pomocí interferometru stupňovitého úhlového měřítka (DASI), sesterský projekt CBI, v roce 2002 poskytla dramatický důkaz pohybu v časném vesmíru, stejně jako měření pomocí Wilkinsonovy mikrovlnné anizotropní sondy (WMAP) v roce 2003. Výsledky CBI, které byly dnes ohlášeny, významně rozšiřují tato dřívější zjištění tím, že přímo a na malých stupnicích odpovídajících klastrům galaxií prokazují, že polarizovaná emise je mimo dosah s celkovou intenzitou.
Další údaje o polarizaci kosmického mikrovlnného pozadí byly zveřejněny teprve před dvěma týdny týmem DASI, jehož výsledky za tři roky ukazují další přesvědčivý důkaz, že polarizace je skutečně způsobena kosmickým pozadím a není kontaminována zářením z Mléčné dráhy. Výsledky těchto dvou sesterských projektů se tedy navzájem krásně doplňují, jak tomu bylo v případě úmluvy Readheada a Johna Carlstroma, hlavního vyšetřovatele DASI a spoluautora na papíře CBI, když tyto dva nástroje plánovaly před deseti lety.
Podle Readheada „Fyzika nemá uspokojivé vysvětlení temné energie, která dominuje vesmíru. Tento problém představuje nejzávažnější výzvu pro základní fyziku od kvantových a relativistických revolucí před stoletím. Úspěchy těchto experimentů polarizace dávají důvěru v naši schopnost zkoumat jemné detaily polarizovaného kosmického pozadí, které nakonec vrhne světlo na povahu této temné energie. “
"Úspěch těchto experimentů s polarizací otevřel nové okno pro zkoumání vesmíru, které nám může umožnit zkoumat první instanty vesmíru pozorováním gravitačních vln z epochy inflace," říká Carlstrom.
Analýza dat CBI je prováděna ve spolupráci se skupinami na Národní radioastronomické observatoři (NRAO) a na Kanadském ústavu pro teoretickou astrofyziku (CITA).
"Je to opravdu vzrušující čas v kosmologickém výzkumu, s pozoruhodnou konvergencí teorie a pozorování, vesmírem plným záhad, jako je temná hmota a temná energie, a fantastickou řadou nových technologií - existuje zde obrovský potenciál pro základní objevy." říká Steve Myers z NRAO, spoluautor a klíčový člen týmu CBI od jeho založení.
Podle Richarda Bonda, ředitele CITA a spoluautora článku: „Jako teoretik na začátku osmdesátých let, když jsme poprvé ukazovali, že velikost polarizace kosmického mikrovlnného pozadí bude pravděpodobně faktorem stovky dolů u moci vzhledem k nepatrným teplotním změnám, které byly samy o sobě hrdinským úsilím, se zdálo, že by bylo zoufalé myšlení, že i v nějaké daleko vzdálené budoucnosti budou takové minutové signály odhaleny. Díky těmto detekcím polarizace se přání stalo skutečností díky pozoruhodným technologickým pokrokům v experimentech, jako je CBI. Je naší výsadou v CITA být plně zapojen jako členové týmu CBI do odhalení těchto signálů a interpretace jejich kosmologického významu pro to, co se ukázalo jako standardní model formování a vývoje kosmické struktury. “
Dalším krokem pro Readheada a jeho tým CBI bude výrazné upřesnění těchto pozorování polarizace tím, že vezme více dat, a otestovat, zda polarizovaná emise je přesně mimo krok s celkovou intenzitou s cílem najít nějaké vodítka k přírodě. temné hmoty a temné energie.
CBI je sada mikrovlnných dalekohledů obsahující 13 samostatných antén, každá o průměru asi tři stopy a pracující v 10 frekvenčních kanálech, uspořádaných společně tak, že celé nástroje fungují jako sada 780 interferometrů. CBI se nachází v Llano de Chajnantor, vysoké náhorní plošině v Chile ve výšce 16 800 stop, díky čemuž je to zdaleka nejdokonalejší vědecký nástroj, jaký byl kdy použit v tak vysokých nadmořských výškách. Dalekohled je ve skutečnosti tak vysoký, že členové vědeckého týmu musí každý nést kyslík v lahvích, aby mohli dělat práci.
Upgradování CBI na polarizační schopnost bylo podpořeno velkorysým grantem z Operačního institutu Kavli a projekt je také vděčným příjemcem pokračující podpory od Barbary a Stanleyho Rawn ml. CBI je také podporována Národní vědeckou nadací, Kalifornský technologický institut a Kanadský institut pro pokročilý výzkum, a také obdržel štědrou podporu od Maxine a Ronalda Lindeho, Cecila a Sally Drinkwarda a Kavliho institutu pro kosmologickou fyziku na Chicagské univerzitě.
Kromě výše uvedených vědců jsou dnešní vědecké články spolu s autorem C. Contaldiho a J. L. Sieverse z CITA, J.K. Cartwright a S. Padin, Caltech a University of Chicago; B. S. Mason a M. Pospieszalski z NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus a J. May, celá chilská univerzita; 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 Concepci? n, Chile.
Původní zdroj: Caltech News Release
