Cosmologii de la Institutul de Tehnologie din California au folosit observații care au revenit la epoca îndepărtată a universului când atomii se formau pentru a detecta mișcări printre semințele care au dat naștere la grupări de galaxii. Noile rezultate arată mișcarea materiei primordiale în calea sa de formare a grupurilor de galaxii și a supercluzelor. Observațiile au fost obținute cu un instrument înalt în Anii chilieni, cunoscut sub numele de Cosmic Background Imager (CBI), și oferă o încredere nouă în acuratețea modelului standard al universului timpuriu în care inflația rapidă a avut loc o scurtă clipă după Big Bang .
Caracteristica inedită a acestor observații de polarizare este aceea că dezvăluie direct semințele grupărilor de galaxii și mișcările lor, în timp ce au procedat la formarea primelor grupări de galaxii.
Raportarea în ediția online din 7 octombrie a Science Express, profesorul de astronomie din Caltech Rawn și investigatorul principal al proiectului CBI, Anthony Readhead și echipa sa spun că noile rezultate de polarizare oferă un sprijin puternic modelului standard al universului ca loc în care materia întunecată și energia întunecată sunt mult mai răspândite decât materia cotidiană așa cum o cunoaștem, ceea ce reprezintă o problemă majoră pentru fizică. O lucrare de însoțire care descrie observații de polarizare timpurie cu CBI a fost trimisă la Jurnalul Astrofizic.
Fundalul cosmic observat de CBI provine din epoca la doar 400.000 de ani de la Big Bang și oferă o mulțime de informații despre natura universului. În această epocă îndepărtată, niciuna dintre structurile cunoscute ale universului nu a existat - nu existau galaxii, stele sau planete. În schimb, au existat doar fluctuații mici de densitate, iar acestea au fost semințele din care s-au format galaxii și stele sub mâna gravitației.
Instrumentele anterioare CBI au detectat fluctuații pe scări unghiulare mari, corespunzând maselor mult mai mari decât supercluzele galaxiilor. Rezoluția înaltă a CBI a permis observarea pentru prima dată în ianuarie 2000 a semințelor structurilor pe care le observăm în jurul nostru în revista Space Space.
Universul în expansiune s-a răcit și cu 400.000 de ani după Big Bang, a fost suficient de rece pentru ca electronii și protonii să se combine pentru a forma atomi. Înainte de această dată fotonii nu puteau călători cu mult înainte de a se ciocni cu un electron și universul era ca o ceață densă, dar în acest moment universul a devenit transparent și de atunci, fotonii au circulat liber pe întregul univers pentru a ajunge astăzi la telescoapele noastre, 13,8 miliarde de ani mai târziu. Astfel, observațiile fundalului cu microunde oferă o imagine a universului, la 400 de ani de la Big Bang - cu mult înainte de formarea primelor galaxii, stele și planete.
Noile date au fost colectate de către CBI în perioada septembrie 2002 și mai 2004 și acoperă patru petice de cer, cuprinzând o suprafață totală de trei sute de ori mai mare decât luna și care prezintă detalii fine doar o fracțiune din dimensiunea lunii. Noile rezultate se bazează pe o proprietate a luminii numită polarizare. Aceasta este o proprietate care poate fi demonstrată cu ușurință cu o pereche de ochelari polarizatori. Dacă se uită la lumina reflectată de pe un iaz prin astfel de ochelari de soare și apoi se rotește ochelarii de soare, se vede că lumina reflectată variază în luminozitate. Acest lucru se datorează faptului că lumina reflectată este polarizată, iar ochelarii de soare polarizanți transmit doar lumină a cărei polarizare este aliniată corespunzător cu ochelarii. De asemenea, CBI alege lumina polarizată, iar detaliile acestei lumi dezvăluie mișcarea semințelor grupurilor de galaxii.
În intensitatea totală vedem o serie de vârfuri și văi, unde vârfurile sunt armonice succesive ale unui „ton” fundamental. În emisiile polarizate vedem și o serie de vârfuri și văi, dar vârfurile din emisiile polarizate coincid cu văile în intensitatea totală și invers. Cu alte cuvinte, emisia polarizată este exact în afara nivelului intensității totale. Această proprietate a emisiei polarizate fiind în afara pasului cu intensitatea totală indică faptul că emisia polarizată apare din mișcarea materialului.
Prima detectare a emisiilor polarizate de Interferometru de scară unghiulară (DASI), proiectul suror al CBI, a furnizat, în 2002, dovezi dramatice de mișcare în universul timpuriu, la fel ca măsurătorile de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) în 2003 Rezultatele CBI anunțate astăzi sporesc în mod semnificativ aceste descoperiri anterioare, demonstrând direct, iar la scările mici corespunzătoare grupurilor de galaxii, că emisia polarizată este în afara pasului cu intensitatea totală.
Alte date despre polarizarea cosmică a fundalului cu microunde au fost lansate în urmă cu doar două săptămâni de către echipa DASI, ai cărui trei ani de rezultate arată dovezi convingătoare că polarizarea se datorează într-adevăr fundalului cosmic și nu este contaminată de radiațiile din Calea Lactee. Rezultatele acestor două proiecte surori, prin urmare, se completează frumos, așa cum au fost intenția lui Readhead și John Carlstrom, investigatorul principal al DASI și coautor al lucrării CBI, când au planificat aceste două instrumente în urmă cu un deceniu.
Potrivit Readhead, „Fizica nu are explicații satisfăcătoare pentru energia întunecată care domină universul. Această problemă prezintă cea mai gravă provocare a fizicii fundamentale, de la revoluțiile cuantice și relativiste de acum un secol. Succesele acestor experimente de polarizare dau încredere în capacitatea noastră de a examina detalii fine ale fundalului cosmic polarizat, care va arunca în cele din urmă lumină asupra acestei energii întunecate. "
„Succesul acestor experimente de polarizare a deschis o nouă fereastră pentru explorarea universului, care ne poate permite sondarea primelor instante ale universului prin observații de unde gravitaționale din epoca inflației”, spune Carlstrom.
Analiza datelor CBI este realizată în colaborare cu grupuri de la Observatorul Național de Radio Astronomie (NRAO) și de la Institutul canadian de astrofizică teoretică (CITA).
„Este cu adevărat un moment interesant în cercetarea cosmologică, cu o convergență remarcabilă a teoriei și observației, un univers plin de mistere precum materia întunecată și energia întunecată și o serie fantastică de noi tehnologii - există un potențial extraordinar pentru descoperiri fundamentale aici” spune Steve Myers de la NRAO, coautor și membru-cheie al echipei CBI de la începuturile sale.
Potrivit lui Richard Bond, directorul CITA și coautor al lucrării, „Ca teoretician la începutul anilor optzeci, când am arătat pentru prima dată că amploarea polarizării cosmice de fundal a microundelor ar fi probabil un factor cu o sută în scădere a puterii din variațiile minime de temperatură care au fost ele însele un efort eroic de a descoperi, părea doritor să se gândească că, chiar și într-un viitor îndepărtat, astfel de semnale minute vor fi dezvăluite. Odată cu aceste detectări de polarizare, cel dorit a devenit realitate, grație progreselor tehnologice remarcabile în experimente precum CBI. A fost privilegiul nostru la CITA să fim angajați pe deplin ca membri ai echipei CBI în dezvăluirea acestor semnale și în interpretarea semnificației lor cosmologice pentru ceea ce a apărut ca model standard al formării și evoluției structurii cosmice. "
Următorul pas pentru Readhead și echipa sa CBI va fi rafinarea acestor observații de polarizare în mod semnificativ, prin luarea mai multor date și testarea dacă emisia polarizată este exact din pas cu intensitatea totală, cu scopul de a găsi unele indicii asupra naturii. a materiei întunecate și a energiei întunecate.
CBI este un sistem de telescop cu microunde cuprinzând 13 antene separate, fiecare cu aproximativ trei metri în diametru și care funcționează în 10 canale de frecvență, configurate în concert, astfel încât întregul instrumente să acționeze ca un set de 780 de interferometre. CBI este situat la Llano de Chajnantor, un platou înalt din Chile, la 16800 de metri, ceea ce îl face de departe cel mai sofisticat instrument științific folosit vreodată la altitudini atât de mari. Telescopul este atât de ridicat, încât membrii echipei științifice trebuie să poarte fiecare oxigen îmbuteliat pentru a face lucrările.
Actualizarea CBI la capacitatea de polarizare a fost susținută de o finanțare generoasă de la Kavli Operating Institute, iar proiectul este, de asemenea, beneficiarul recunoscător al sprijinului continuu din partea Barbara și Stanley Rawn Jr. CBI este susținut și de Fundația Națională de Știință, Institutul Tehnologic din California și Institutul canadian de cercetare avansată și, de asemenea, au primit sprijin generos de la Maxine și Ronald Linde, Cecil și Sally Drinkward, precum și Institutul Kavli pentru fizică cosmologică de la Universitatea din Chicago.
În plus față de oamenii de știință menționați mai sus, lucrarea de astăzi Science Express este coautorizată de C. Contaldi și J. L. Sievers din CITA, J.K. Cartwright și S. Padin, ambele din Caltech și Universitatea din Chicago; B. S. Mason și M. Pospieszalski din ANR; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus și J. May, toți ai Universității din Chile; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson și M. Shepherd din Caltech; W. Holzapfel din UC Berkeley; E. M. Leitch și C. Pryke de la Universitatea din Chicago; D. Pogoșyan al Universității din Toronto și al Universității din Alberta; și R. Bustos, R. Reeves și S. Torres de la Universitatea Concepție? n, Chile.
Sursa originală: Comunicat de presă Caltech
