|
Данные, определяющие будущее космологии
|
|
|
|
Когда заканчивается глава, на которую были потрачены годы работы, всегда ощущается легкая грусть. В случае с космологическим телескопом в Атакаме (ACT) эти годы составляют почти 20 лет, и теперь телескоп завершил свою миссию. Однако некоторые завершения также являются важными началами, открывающими новые пути для всего научного сообщества.
|
|
|
|
В трех статьях, опубликованных в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics коллаборацией ACT, подробно описывается шестой и последний крупный выпуск данных ACT — возможно, самый важный — отмечающий значительный прогресс в нашем понимании эволюции Вселенной и ее текущего состояния.
|
|
|
|
Данные ACT проясняют несколько ключевых моментов: измерение постоянной Хаббла (числа, которое указывает на текущую скорость космического расширения — "спидометр" Вселенной), полученное в результате наблюдений на очень больших космологических расстояниях, подтверждается, и оно по-прежнему заметно отличается от значения, полученного из близлежащей Вселенной. Это одновременно и проблема, и замечательное открытие: оно подтверждает так называемое "напряжение Хаббла", которое бросает вызов модели, используемой нами для описания космоса.
|
|
|
|
Наблюдения ACT также исключают многие из так называемых расширенных моделей - теоретических альтернатив стандартной космологической модели. Это еще одна "проблема", поскольку она сужает диапазон возможностей, но она также представляет собой новую, более чистую отправную точку: пора перестать следовать этим моделям и поискать что-то другое.
|
|
|
|
|
|
|
И последнее, но не менее важное: ACT предоставляет новые поляризационные карты космического микроволнового фона — "ископаемого света" Вселенной, — которые дополняют температурные карты Планка, но с гораздо более высоким разрешением. "Когда мы сравниваем их, это все равно, что протирать очки", - говорит Эрминия Калабрезе, космолог из Кардиффского университета, член коллаборации ACT и координатор одной из трех работ.
|
|
|
|
"Это первый случай, когда новый эксперимент достиг того же уровня наблюдательных возможностей, что и Planck", - объясняет Тибо Луи (Университет Париж-Сакле и CNRS/IN2P3), первый автор одной из трех недавно опубликованных работ.
|
|
|
|
Спутник Planck, управляемый Европейским космическим агентством (ESA), был запущен в 2009 году с целью картографирования космического микроволнового фона (CMB) с чрезвычайно высокой точностью. Космологи часто описывают это излучение как "ископаемый свет" Вселенной, испускаемый на самых ранних этапах космической эволюции. Его наблюдения позволили ученым реконструировать состав, возраст и геометрию изначальной Вселенной.
|
|
|
|
Миссия Planck была знаковой, но в ней остались некоторые пробелы, некоторые из которых теперь заполнены благодаря работе ACT. В отличие от Planck, который был спутником на орбите, ACT - это наземный телескоп, расположенный на высоте около 5000 метров в пустыне Атакама в Чили. В то время как Planck сосредоточился в основном на измерении температуры реликтового излучения, ACT также наблюдал его поляризацию — особенно в этом последнем выпуске данных.
|
|
Космологическая напряженность подтверждена
|
|
|
|
Один из самых важных результатов ACT на данный момент подтверждает одну из самых больших проблем космологии на сегодняшний день: так называемое напряжение Хаббла.
|
|
|
|
Проще говоря, мы знаем, что Вселенная расширяется, и можем оценить текущую скорость ее расширения (мы также узнали, что это расширение ускоряется) на основе наблюдений. Загвоздка в том, что значение, полученное с использованием данных из чрезвычайно отдаленных эпох, таких как реликтовое излучение, отличается от значения, полученного при наблюдении за гораздо более близкими астрономическими объектами.
|
|
|
|
"Наши новые результаты показывают, что постоянная Хаббла, полученная на основе данных ACT CMB, согласуется с постоянной Планка — не только по температурным данным, но и по поляризации, что делает расхождение данных Хаббла еще более существенным", - объясняет Колин Хилл, космолог из Колумбийского университета и соавтор одной из работ.
|
|
|
|
"Это может показаться еще большей проблемой, но на самом деле это важнейшее открытие: теперь ученые знают, что действительно существует проблема с моделью, которую мы используем для описания Вселенной, предполагая, что скорость расширения, измеряемая по близлежащим объектам, остается неизменной".
|
|
|
|
Расширенные модели "не прошли проверку"
|
|
|
|
Если этого было недостаточно, ACT пошла еще дальше, заявив, что у нас "есть проблема". За последние десятилетия, именно из-за проблем с Хабблом, было предложено множество "расширенных" версий стандартной модели, чтобы попытаться устранить несоответствие.
|
|
|
|
В одной из трех новых статей, опубликованных под руководством Калабрезе, основные расширенные модели ("их около 30", - отмечает она) были протестированы на основе новых данных.
|
|
|
|
Результат? "Они исчезли", - признается она, добавляя: "Мы оценивали их совершенно независимо. Мы не пытались их уничтожить, только изучить. И результат очевиден: новые наблюдения, в новых масштабах и с новой поляризацией, практически исключили возможности для такого рода исследований".
|
|
|
|
Опять же, отказ от набора теорий, направленных на решение проблемы, может показаться не слишком увлекательным. "Это действительно немного сужает теоретическую "площадку", - признает Калабрезе. Но есть и хорошие новости: это позволяет навести порядок в доме, сузить возможные пути продвижения вперед и больше не тратить энергию на то, что заведомо ведет в тупик.
|
|
Более четкие карты
|
|
|
|
Благодаря этому последнему выпуску ACT ученые получили гораздо более четкое изображение "новорожденной" Вселенной, чем то, которое было предоставлено "Планком". "Это происходит главным образом потому, что ACT имеет больший диаметр — шесть метров по сравнению с полутора метрами у Planck — и резкость увеличивается с увеличением размера зеркала", - объясняет Сигурд Наесс из Университета Осло, один из руководителей исследования.
|
|
|
|
"Но это еще и потому, что изображения поляризованного света, полученные ACT, гораздо более чувствительны, чем у Планка". В одной из трех новых работ представлена эта новая карта, в то время как в другой эти карты сведены к угловым спектрам мощности, что имеет решающее значение для космологических исследований.
|
|
|
|
Это не означает, что результаты Планка устарели. Напротив, как отмечает Луис, "реальная важность новых данных заключается в том, что они дополняют предыдущие и вместе создают чрезвычайно богатую общую картину".
|
|
|
|
Шестой и последний выпуск данных ACT — это далеко не конец проекта, он знаменует собой новое начало, которое, как мы надеемся, приблизит нас к пониманию нашей вселенной и разрешению некоторых из ее самых больших загадок.
|
|
|
|
"Мы хотим, чтобы сообщество продолжало использовать и изучать эти данные", - говорит Калабрезе.
|
|
|
|
"Мы представили первую интерпретацию, в которой мы накопили большой опыт за годы работы над этим инструментом. Теперь мы рады передать данные сообществу для будущих и текущих исследований".
|
|
|
|
Источник
|
