A kaliforniai Technológiai Intézet kozmológusai az univerzum távoli korszakába visszanyúló megfigyeléseket használtak, amikor az atomok először kialakultak, hogy felismerjék a magok közötti mozgásokat, amelyek galaxiscsoportokhoz vezettek. Az új eredmények megmutatják az ősanyag mozgását a galaxis klaszterek és szuperklaszterek kialakulása felé vezető úton. A megfigyeléseket a chilei Andokban, a Cosmic Background Imager (CBI) néven ismert magas műszerrel szerezték be, és új bizalmat adnak a korai világegyetem standard modelljének pontosságában, amelyben a gyors infláció egy rövid pillanattal a nagy robbanás után történt. .
Ezeknek a polarizációs megfigyeléseknek az a sajátossága, hogy közvetlenül felfedik a galaxiscsoportok magjait és mozgásaikat, amikor a galaxisok első klasztereit képezték.
Anthony Readhead és a Caltech Rawn csillagászat professzora, valamint a CBI projekt fő kutatója, a Science Express október 7-i online kiadásában beszámolnak arról, hogy az új polarizációs eredmények erőteljes támogatást nyújtanak a világegyetem mint egy olyan modell szabványos modelljéhez, amelyben A sötét anyag és a sötét energia sokkal gyakoribb, mint a mindennapi anyag, amint azt tudjuk, ami a fizika számára komoly problémát jelent. Egy kísérődokumentumot, amely a korai polarizáció megfigyeléseit írja le a CBI-vel, benyújtották az Astrophysical Journal-nak.
A CBI által megfigyelt kozmikus háttér csak a nagy robbanás után 400 000 évvel kezdődik, és rengeteg információt nyújt az univerzum természetéről. Ebben a távoli korszakban a világegyetem egyik ismerős struktúrája nem létezett - nem voltak galaxisok, csillagok és bolygók. Ehelyett csak apró sűrűségi ingadozások voltak, és ezek voltak a magok, amelyekből a galaxisok és a csillagok a gravitáció keze alatt képződtek.
A CBI előtti műszerek ingadozást fedeztek fel a nagy szögmérlegeken, amelyek a galaxisok szuperklaszterjeinél jóval nagyobb tömegeknek felelnek meg. A CBI nagy felbontása lehetővé tette, hogy a Space Magazine körül körülöttünk megfigyelt struktúrák magjait először megfigyeljék 2000 januárjában.
A táguló univerzum lehűlt, és a nagy robbanás után 400 000 évvel elég hűvös volt ahhoz, hogy az elektronok és a protonok atomokká alakuljanak. Ezt megelőzően a fotonok nem tudtak messzire menni, mielőtt egy elektronlal ütköztek volna, és az univerzum olyan volt, mint egy sűrű köd, de ekkor a világegyetem átlátszóvá vált, és azóta a fotonok az univerzumon keresztül szabadon áramlanak, hogy ma elérjék a távcsöveinket, 13,8 milliárd évvel később. A mikrohullámú háttér megfigyelései így pillanatfelvételt jelentenek a világegyetemről, mivel csak 400 000 évvel a Nagyrobbanás után volt - jóval az első galaxisok, csillagok és bolygók kialakulása előtt.
Az új adatokat a CBI gyűjtötte 2002. szeptember és 2004. május között, és négy égfoltot fed le, amelyek a holdméret hétszázszeres teljes területét fedik le, és a Hold méretének csak egy töredékét mutatják a finom részletekkel. Az új eredmények a polarizációnak nevezett fény tulajdonságán alapulnak. Ez egy olyan tulajdonság, amelyet könnyedén be lehet mutatni egy polarizáló napszemüveggel. Ha az ilyen napszemüvegen keresztül a tóból visszatükröződő fényt nézzük, majd elforgatjuk a napszemüveget, láthatjuk, hogy a visszatükröződő fény eltérő fényerővel bír. Ennek oka az, hogy a visszavert fény polarizálódik, és a polarizáló napszemüveg csak olyan fényt bocsát ki, amelynek polarizációja megfelelõen igazodik az üvegekhez. A CBI szintén kiválassza a polarizált fényt, és ennek a fénynek a részei mutatják be a galaxisfürtök magjainak mozgását.
A teljes intenzitásban csúcsok és völgyek sorozatát látjuk, ahol a csúcsok az alapvető „hang” egymást követő harmonikái. A polarizált emisszióban csúcsok és völgyek sorozatát is látjuk, de a polarizált emisszió csúcsai egybeesnek a völgyek teljes intenzitásával, és fordítva. Más szavakkal, a polarizált emisszió pontosan nem lép fel a teljes intenzitással. A polarizált emissziónak ez a tulajdonsága, hogy a teljes intenzitással nem lép fel, azt jelzi, hogy a polarizált emisszió az anyag mozgásából származik.
A polarizált emisszió első észlelése a fokos szögmérő interferométerrel (DASI), a CBI testvérprojektjével, 2002-ben drámai bizonyítékot szolgáltatott a korai univerzumban való mozgásról, csakúgy, mint a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) által 2003-ban végzett mérések. A ma bejelentett CBI eredmények jelentősen kiegészítik ezeket a korábbi eredményeket azáltal, hogy közvetlenül és a galaxis klasztereknek megfelelő kis léptékben igazolják, hogy a polarizált emisszió nem teljes a teljes intenzitással.
A kozmikus mikrohullámú háttér polarizációjáról további adatokat a DASI csapata bocsátott ki két héttel ezelőtt, amelynek három éves eredményei további meggyőző bizonyítékokat mutatnak arra, hogy a polarizáció valóban a kozmikus háttérnek köszönhető, és hogy nem szennyezi a Tejút sugárzása. E két testvérprojektek eredményei tehát szépen kiegészítik egymást, mint ahogyan Readhead és John Carlstrom, a DASI fő kutatója és a CBI papír társszerzője szándéka volt, amikor ezt a két hangszert egy évtizeddel ezelőtt tervezték.
Readhead szerint: „A fizikának nincs kielégítő magyarázata az univerzumban uralkodó sötét energiára. Ez a probléma az alapvető fizika számára a legkomolyabb kihívást jelent egy évszázaddal ezelőtti kvantum- és relativista forradalmak óta. Ezeknek a polarizációs kísérleteknek a sikerei bizalmat adnak abban a képességünkben, hogy meg tudjuk vizsgálni a polarizált kozmikus háttér finom részleteit, ami végül megvilágítja e sötét energia természetét. "
"Ezeknek a polarizációs kísérleteknek a sikere új ablakot nyitott az univerzum felfedezéséhez, amely lehetővé tenné számunkra, hogy az infláció korszakában a gravitációs hullámok megfigyelésével megtapasztaljuk a világegyetem első elemeit" - mondja Carlstrom.
A CBI adatok elemzését a National Radio Astronomy Observatory (NRAO) és a kanadai Elméleti Asztrofizika Intézet (CITA) csoportjaival együttműködve végzik.
"Ez valóban izgalmas idő a kozmológiai kutatásokban, figyelemre méltó elméleti és megfigyelési konvergenciával, olyan misztériumokkal teli univerzummal, mint például a sötét anyag és a sötét energia, és fantasztikusan sok új technológiával - hatalmas lehetőségek rejlenek az alapvető felfedezésekhez itt" - mondta Steve Myers, a NRAO-tól, a CBI csapat társtulajdonosát és kulcsfontosságú tagját a kezdetektől fogva.
Richard Bond, a CITA igazgatója és a cikk társszerzője szerint: „A nyolcvanas évek elején teoretikusként, amikor először megmutattuk, hogy a kozmikus mikrohullámú háttér polarizációjának nagysága valószínűleg száz tényező lesz a a perces hőmérsékleti ingadozások, amelyek maguk is hősies erőfeszítések voltak a felfedezésre, vágyálomnak tűnt, hogy még egy távoli távoli jövőben is megjelennek az ilyen percjelek. Ezekkel a polarizációs észlelésekkel a vágyott valósággá vált, köszönhetően a kísérletek, mint például a CBI, figyelemre méltó technológiai fejlődésének. Kiváltságunk volt a CITA-nál, hogy teljes mértékben elkötelezzük magunkat a CBI csapat tagjaként ezeknek a jeleknek a feltárásában és kozmológiai jelentőségük értelmezésében, ami a kozmikus szerkezet kialakulásának és fejlődésének standard modelljeként jelent meg. ”
A következő lépés Readhead és CBI csapata számára, hogy ezeket a polarizációs megfigyeléseket szignifikánsan finomítsa több adat begyűjtésével, és megvizsgálja, hogy a polarizált emisszió pontosan nem-e a teljes intenzitással összhangban vagy sem, azzal a céllal, hogy nyomokat találjon a természetre a sötét anyag és a sötét energia.
A CBI egy mikrohullámú távcső-elrendezés, amely 13 különálló antennát tartalmaz, mindegyik átmérője körülbelül három láb, és 10 frekvenciacsatornán működnek, és úgy vannak összeállítva, hogy az egész műszer 780 interferométerkészletként működjön. A CBI Llano de Chajnantorban található, egy chilei magas fennsíkon, 16 800 lábnál, ez messze a legkifinomultabb tudományos műszer, amelyet ilyen magas tengerszint feletti magasságban használtak. A távcső valójában olyan magas, hogy a tudományos csapat tagjai mindegyiknek palackozott oxigént kell szállítania a munka elvégzéséhez.
A CBI polarizációs képességre való frissítését a Kavli Működő Intézet nagylelkű támogatásával támogatták, és a projekt hálás kedvezményezettje annak a folyamatos támogatásnak, amelyet Barbara és Stanley Rawn Jr nyújt. A CBI-t a Nemzeti Tudományos Alapítvány is támogatja. A kaliforniai Technológiai Intézet és a Kanadai Haladó Kutatási Intézet, valamint nagylelkű támogatást kapott Maxine és Ronald Linde, Cecil és Sally Drinkward, valamint a Chicagói Egyetem Kavli Kozmológiai Fizikai Intézetétől.
A fent említett tudósok mellett a mai Science Express cikk szerzője C. Contaldi és J. L. Sievers, CITA, J.K. Cartwright és S. Padin, mind a Caltech, mind a Chicagói Egyetem; B. S. Mason és M. Pospieszalski, a NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus és J. May, a Chilei Egyetemen; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson és M. Shepherd, Caltech; W. Holzapfel (UC Berkeley); E. M. Leitch és C. Pryke, a Chicagói Egyetem; D. Pogosyan a Torontói Egyetemen és az Alberta Egyetemen; és R. Bustos, R. Reeves és S. Torres a Chilei Concepci Egyetemen.
Eredeti forrás: Caltech sajtóközlemény
