Более пяти лет ученые телескопа "Южный полюс" в Антарктиде наблюдали за небом с помощью усовершенствованной камеры. "Расширенный взгляд в космос" улавливает остатки света от раннего формирования Вселенной. Теперь исследователи проанализировали первоначальный пакет данных, опубликовав подробности в журнале Physical Review D. Результаты этого ограниченного набора данных намекают на еще более важные будущие представления о природе нашей вселенной.
Телескоп на станции Южный полюс Амундсена-Скотта, находящейся в ведении Национального научного фонда, в 2017 году получил новую камеру, известную как SPT-3G. Оснащенный 16 000 детекторами - в 10 раз больше, чем его предшественник, — SPT-3G занимает центральное место в многоинституциональных исследованиях, частично проводимых Аргоннской национальной лабораторией Министерства энергетики США (DOE). Цель состоит в том, чтобы измерить слабый свет, известный как космический микроволновый фон (CMB). Реликтовое излучение - это послесвечение Большого взрыва, когда Вселенная возникла из одной энергетической точки почти 14 миллиардов лет назад.
"Реликтовое излучение - это карта сокровищ для космологов", - сказал Чжаоди Пан, ведущий автор статьи и научный сотрудник Марии Гепперт Майер в Аргонне. "Его незначительные колебания температуры и поляризации открывают уникальное окно в зарождение Вселенной".
В статье в Physical Review D представлены первые измерения гравитационного линзирования CMB с помощью SPT-3G. Гравитационное линзирование происходит, когда обширная материальная сеть Вселенной искажает реликтовое излучение при его перемещении в пространстве. Если бы вы поместили изогнутое основание бокала для вина на страницу книги, стекло исказило бы ваш обзор слов за ним. Аналогичным образом, вещество в поле зрения телескопа образует линзу, которая искажает реликтовый свет и наше представление о нем. Альберт Эйнштейн описал это искривление ткани пространства-времени в своей общей теории относительности.
Измерения этого искажения дают ключ к разгадке ранней вселенной и таких загадок, как темная материя, невидимый компонент космоса. "Темную материю сложно обнаружить, потому что она не взаимодействует со светом или другими формами электромагнитного излучения. В настоящее время мы можем наблюдать ее только через гравитационные взаимодействия", - сказал Пан.
Ученые изучают реликтовое излучение с тех пор, как оно было открыто в 1960-х годах, наблюдая его в телескопы как на земле, так и в космосе. Несмотря на то, что в последнем анализе используются данные SPT-3G всего за несколько месяцев 2018 года, измерение гравитационного линзирования уже является конкурентоспособным в данной области.
"Одна из действительно захватывающих частей этого исследования заключается в том, что результат получен на основе данных, полученных, по сути, в то время, когда мы только начинали наблюдения с помощью SPT-3G, и результат уже великолепен", — сказала Эми Бендер, физик из Аргонн и соавтор статьи. "У нас есть данные за пять лет, над анализом которых мы сейчас работаем, так что это просто намек на то, что должно произойти".
Сухая, стабильная атмосфера и удаленное расположение телескопа South Pole создают как можно меньше помех при поиске изображений реликтового излучения. Тем не менее, данные с высокочувствительной камеры SPT-3G содержат загрязнение из атмосферы, а также из нашей собственной галактики и внегалактических источников.
Анализ данных SPT-3G даже за несколько месяцев - это мероприятие, которое длится годами, поскольку исследователям необходимо подтвердить достоверность данных, отфильтровать шум и интерпретировать измерения. Команда использовала выделенный кластер, группу компьютеров, в Вычислительном ресурсном центре Аргоннской лаборатории, чтобы выполнить некоторые вычисления для исследования.
"Мы обнаружили, что наблюдаемые закономерности линзирования в этом исследовании хорошо объясняются общей теорией относительности", - сказал Пан. "Это говорит о том, что наше текущее понимание гравитации справедливо для этих больших масштабов. Полученные результаты также укрепляют наше существующее понимание того, как структуры материи формировались в нашей вселенной ".
Карты линзирования SPT-3G на основе данных за дополнительные годы также помогут исследовать космическую инфляцию или идею о том, что ранняя вселенная подвергалась быстрому экспоненциальному расширению. Космическая инфляция является "еще одним краеугольным камнем космологии", отметил Пан, и ученые ищут признаки ранних гравитационных волн и другие прямые доказательства этой теории. Наличие гравитационного линзирования создает помехи для инфляционных отпечатков, что требует удаления такого загрязнения, которое может быть рассчитано с помощью точных измерений линзирования.
В то время как некоторые результаты, полученные с помощью новых данных SPT-3G, подкрепят существующие знания, другие вызовут новые вопросы.
"Каждый раз, когда мы добавляем больше данных, мы обнаруживаем все больше вещей, которых не понимаем", - сказал Бендер, который проводит совместный прием в Чикагском университете.
О невидимых компонентах Вселенной известно так мало, что любое полученное понимание имеет решающее значение, сказал Пан: "Чем больше мы узнаем о распределении темной материи, тем ближе мы подходим к пониманию ее природы и роли в формировании вселенной, в которой мы живем сегодня".
Источник: Physical Review, Аргоннская национальная лаборатория
Информация о космосе также есть в сообществе в ВК https://vk.com/fotoastronomiya
На изображении:
Космический микроволновый фон — старейший свет Вселенной — преодолел огромные расстояния, прежде чем достичь нас. Во время своего длительного путешествия гравитационные силы от массивных космических структур заставили его траекторию искривиться, прежде чем он был зафиксирован телескопом South Pole Telescope.
Автор: Чжаоди Пан / Аргоннская национальная лаборатория
Дополнительные материалы
