Реликтовое излучение: секретный код Вселенной, который расшифровывает Южнополярный телескоп

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Вы когда-нибудь задумывались, что было в самом начале вселенной? Как она возникла из ничего и как стала такой, какой мы ее видим сегодня? Эти вопросы волнуют не только философов, но и ученых, которые пытаются найти на них ответы с помощью науки.

Одним из способов заглянуть в прошлое вселенной — это посмотреть на самый древний свет, который когда-либо существовал. Этот свет называется реликтовым излучением (CMB), и он был излучен всего через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда вселенная была горячим и плотным супом из частиц и энергии. Этот свет до сих пор летит по пространству, и если мы можем его поймать, мы можем узнать много интересного о том, как выглядела и как вела себя ранняя вселенная.

Космический микроволновый фон — старейший источник света во Вселенной — преодолел огромные расстояния, прежде чем достичь нас. Во время его длительного путешествия гравитационные силы от массивных космических структур заставили его траекторию искривиться, прежде чем он был захвачен телескопом Южного полюса
Космический микроволновый фон — старейший источник света во Вселенной — преодолел огромные расстояния, прежде чем достичь нас. Во время его длительного путешествия гравитационные силы от массивных космических структур заставили его траекторию искривиться, прежде чем он был захвачен телескопом Южного полюса
Автор: Zhaodi Pan/Argonne National Laboratory Источник: phys.org

Но поймать этот свет не так просто, как может показаться. Он очень слабый и тусклый, и на его пути к Земле стоит много преград, которые его искажают и затемняют. Например, атмосфера Земли, наша собственная галактика, другие галактики и скопления материи. Все эти вещи искажают свет CMB под своим гравитационным воздействием, создавая эффект, который называется гравитационным линзированием. Это значит, что реликтовое излучение меняет свое направление и форму из-за тех объектов, которые находятся между нами и источником света. Этот эффект был предсказан Альбертом Эйнштейном в рамках его теории общей относительности.

Гравитационное линзирование CMB — это одновременно и проблема, и полезное явление для ученых. С одной стороны, оно мешает увидеть чистый сигнал от реликтового излучения, который рассказал бы нам только о ранней вселенной. С другой стороны, оно дает нам дополнительную информацию о том, как распределена материя во вселенной, включая темную материю, которая не светится, но влияет на гравитацию.

Для того, чтобы извлечь максимум пользы из гравитационного линзирования CMB, нужно иметь очень точные измерения этого света. И одним из лучших мест на Земле для этого является Южный полюс. Здесь атмосфера сухая и стабильная, а местность удалена от источников светового и радиоизлучения. Именно поэтому на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе установлен мощный телескоп, который называется Южнополярным телескопом (SPT).

SPT работает с 2007 года и с тех пор дал множество важных результатов по изучению CMB и других астрономических объектов. В 2017 году телескоп получил новую камеру, которая называется SPT-3G. Эта камера имеет 16 тысяч детекторов, что в 10 раз больше, чем у предыдущей камеры. Это позволяет ей делать более четкие и детальные снимки неба в микроволновом диапазоне.

SPT-3G — это совместный проект нескольких научных организаций, в том числе Национального научного фонда США, Национальной лаборатории Аргона и Университета Чикаго. Целью проекта является получение самых точных измерений CMB и его гравитационного линзирования, а также поиск следов космической инфляции — быстрого расширения вселенной в самые первые моменты после Большого взрыва.

В этом масштабном распределении материи для всей материи в наблюдаемой Вселенной, измеренном с помощью SPT-3G, красный цвет указывает на области с более высокой плотностью материи, в то время как синий указывает на более низкую плотность
В этом масштабном распределении материи для всей материи в наблюдаемой Вселенной, измеренном с помощью SPT-3G, красный цвет указывает на области с более высокой плотностью материи, в то время как синий указывает на более низкую плотность
Автор: Physical Review D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.122005 Источник: journals.aps.org

Недавно ученые, участвующие в проекте, опубликовали первые результаты измерений гравитационного линзирования CMB от SPT-3G в журнале Physical Review D. Эти результаты основаны на данных, собранных за несколько месяцев в 2018 году, но уже показывают высокую точность и согласованность с теорией. Ученые подтвердили, что наблюдаемые паттерны линзирования хорошо объясняются общей теорией относительности и нашим текущим пониманием формирования структур материи во вселенной.

Это лишь начало исследований, которые планируются с помощью SPT-3G. У ученых есть еще пять лет данных, которые они сейчас анализируют, и которые обещают дать еще более мощные прозрения о природе нашей вселенной. В частности, они надеются найти признаки космической инфляции, которая, по некоторым теориям, должна была породить гравитационные волны в ранней вселенной. Эти гравитационные волны, в свою очередь, должны были оставить свой отпечаток на CMB в виде специального типа поляризации, называемого B-модами. Однако для того, чтобы обнаружить эти B-моды, нужно очень точно учитывать и удалять вклад от гравитационного линзирования, которое также создает B-моды, но другого происхождения.

SPT-3G — это не просто телескоп, а окно в прошлое и будущее вселенной. Он помогает нам понять, откуда мы пришли и куда мы движемся. Он дает нам возможность увидеть то, что скрыто от наших глаз, но важно для нашего существования. Он демонстрирует, как мощна и красива наука, которая стремится раскрыть тайны космоса.

4 комментария

Добавить комментарий

106048712177262118125@google
Это все конечно хорошо, только если реликтовое излучение появилось в момент 300 тысяч лет, сегодня оно должно находится в тонком слое на самом краю вселенной и направлено почти строго вне вселенной. Мы его не должны видеть.
P
Это если бы реликтовое излучение было излучено одной точкой. Реликтовое излучение появилось в тот момент, когда Вселенная расширилась настолько, что она стала прозрачной для излучения. А излучателем было всё вещество Вселенной, а не одна точка. Поэтому оно приходит со всех сторон.
106048712177262118125@google
В момент 300 тысяч лет диаметр вселенной был 600 тысяч световых лет, по сравнению с нынешними размерами это почти точка.
Mishele
«Ученые подтвердили, что наблюдаемые паттерны линзирования хорошо объясняются общей теорией относительности и нашим текущим пониманием формирования структур материи во вселенной»-доступно как раз, прям, до каменщика!

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Чем знаменит катушечный магнитофон Teac X-2000R и почему он сейчас стоит так дорого

В середине 80-х, когда весь мир переходил на компакт-кассеты и компакт-диски японский бренд TEAC выпустила катушечный магнитофон X-2000R. Казалось бы, про бытовые катушечники стремительно...

Как ЦРУ «похитило» советский лунный аппарат на одну ночь и вернуло его к утру

В конце 1950-х годов космические аппараты стали одними из самых заметных экспонатов советских выставок за рубежом. После запуска первых спутников и начала полётов к Луне интерес к этой технике...

Разбор схемы Yamaha KX-E300: как производитель упростил кассетный тракт в финальной ревизии аппаратуры

Сервисный мануал кассетной деки Yamaha KX-300 образца 1988 года фиксирует коэффициент детонации на уровне не более 0,05% и полосу воспроизведения до 20 кГц на ленте четвертого типа. В техническом...

Почему на новых картах мира Россия выглядит меньше, а Африка — больше

Когда мы смотрим на привычную карту мира, Россия часто кажется огромной, почти сопоставимой по размерам с целым континентом Африки или даже превосходящей его. Африка же выглядит относительно...

ARIA M 2408 SD: как одна польская катушечная модель продавалась под шестью разными именами

В Польше конца 1970-х катушечный магнитофон «Ария» невозможно было просто прийти и купить в магазине. По воспоминаниям тогдашних меломанов, аппарат исчезал с прилавков раньше, чем успевал на них...