|
Искривлена ли Вселенная
|
|
|
|
Космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) — это самый древний свет во Вселенной, остаточное тепловое излучение, возникшее примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. Карты реликтового излучения дают представление о «младенческой Вселенной» такой, какой она была 13,8 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва рассеяние излучения свободными электронами привело к возникновению небольшой линейной поляризации, когда Вселенная стала прозрачной. Этот процесс в некоторой степени аналогичен поляризации, возникающей при рассеянии солнечного света в атмосфере Земли.
|
|
|
|
Ученые обнаружили признаки того, что эта поляризация могла немного измениться во время своего распространения в космосе. Если эта гипотеза подтвердится, то это явление, известное как космическое двойное лучепреломление, может стать доказательством существования физики за пределами Стандартной модели и, возможно, пролить свет на природу темной материи и темной энергии (см. врезку).
|
|
|
|
Однако даже малейшая ошибка в ориентации поляризационных детекторов телескопа может привести к почти такому же эффекту. Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод проверки относительной калибровки угла поляризации различных наборов детекторов. Команда разработала новую оценку и применила ее к существующим наблюдениям со спутника Planck Европейского космического агентства.
|
|
|
|
|
|
|
Исследование, проведенное под руководством постдокторанта Анто И. Лонаппана, заслуженного профессора физики Брайана Китинга и адъюнкт-профессора физики Кэма Арнольда, опубликовано в Astrophysical Journal Letters.
|
|
|
|
Недавние исследования показали, что поляризация реликтового излучения могла измениться лишь на долю градуса за те почти 14 миллиардов лет, которые прошел свет. Трудность заключается в том, что такое же вращение может произойти, если чувствительные к поляризации детекторы в телескопе неправильно откалибровать на столь же малый угол. Исходя только из CMB-сигнала, ученые не могут отличить равномерное космическое вращение от обычной ошибки в ориентации детектора, поскольку и то, и другое приводит к одному и тому же наблюдаемому эффекту.
|
|
|
|
Команда Калифорнийского университета в Сан-Диего подошла к решению проблемы, сравнив карты, составленные с помощью разных групп детекторов. Подлинное космическое вращение было бы общим для всех карт. В новом методе это общее вращение отменяется при сравнении карт, оставляя только различия в их калибровке поляризации.
|
|
|
|
"Сигнал, который мы ищем, невероятно мал, поэтому мы должны быть уверены, что видим вселенную, а не наш прибор", - сказал Лонаппан. "Наш метод дает нам дополнительный способ проверить это различие. Прежде чем интерпретировать незначительное отклонение от нормы как свидетельство существования новой физики, мы хотим убедиться, что самой калибровке можно доверять».
|
|
|
|
Команда применила этот метод к восьми картам поляризации реликтового излучения, составленным телескопом «Планк», и сравнила полученную калибровочную кривую с кривой, полученной в результате стандартного анализа, который в настоящее время используется для отделения инструментальных погрешностей от эффекта двойного лучепреломления в космосе, известного как метод Минами — Комацу. Оба подхода дали схожие результаты, несмотря на то, что в их основе лежали разные допущения.
|
|
|
|
Новый метод намеренно нечувствителен к любым отклонениям, которые являются общими для всех карт. Таким образом, с его помощью можно определить, насколько хорошо откалиброваны разные детекторы относительно друг друга, но сам по себе он не позволяет установить общий угол поляризации или абсолютный уровень эффекта двойного лучепреломления в космосе. Для этого по-прежнему требуется независимая абсолютная калибровочная система.
|
|
|
|
В качестве условного подтверждения исследователи привязали свою дифференциальную реконструкцию к общей калибровочной кривой, полученной в результате стандартного анализа. Таким образом был получен угол двойного лучепреломления в космосе, равный 0,37 ± 0,12 градуса, что согласуется с результатами метода Минами — Комацу.
|
|
|
|
Существует два типа поляризации реликтового излучения: E-моды и B-моды. E-моды, впервые обнаруженные в 2002 году, возникают из-за неоднородностей плотности во Вселенной и имеют симметричную структуру. B-моды, напротив, имеют спиралевидную структуру. Гравитационное линзирование — искажение реликтового излучения материей, находящейся между нами и ранней Вселенной, — приводит к появлению B-мод, которые уже наблюдались, в то время как первичные гравитационные волны могли бы создать дополнительный сигнал в виде B-мод, который пока не обнаружен.
|
|
|
|
Обнаружение первичных B-мод стало бы весомым доказательством существования гравитационных волн в ранней Вселенной и могло бы стать весомым аргументом в пользу определенных моделей космической инфляции. Метод калибровки, разработанный в Калифорнийском университете в Сан-Диего, может помочь в поиске первичных B-мод за счет выявления ошибок при калибровке относительных углов, которые приводят к преобразованию E-мод в ложные B-моды.
|
|
|
|
По мере того как такие эксперименты, как в обсерватории Саймонса, где Китинг является главным исследователем, позволяют проводить измерения поляризации со все более высокой точностью, независимая проверка калибровки станет важной мерой предосторожности, прежде чем очень слабые сигналы будут интерпретированы как свидетельство существования новой физики.
|
|
|
|
«Обнаружение первичных B-мод изменило бы наше представление о ранней Вселенной, поэтому результаты измерений должны пройти тщательную проверку на калибровку, — говорит Китинг. — Анто разработал новую полезную методику для проверки калибровки относительных углов поляризации. В конечном счете это нужно для того, чтобы понять, когда мы можем доверять измерениям».
|
|
|
|
Источник
|
