Οι κοσμολόγοι από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνιας χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις που διερευνούν την απομακρυσμένη εποχή του σύμπαντος όταν τα άτομα σχηματίστηκαν για να ανιχνεύσουν κινήσεις μεταξύ των σπόρων που προκάλεσαν σμήνους γαλαξιών. Τα νέα αποτελέσματα δείχνουν την κίνηση της αρχέγονης ύλης στο δρόμο της για να σχηματίσει γαλαξιακές συστάδες και υπερκαλλιέργειες. Οι παρατηρήσεις λήφθηκαν με ένα όργανο υψηλό στις Χιλής Άνδεις γνωστό ως Cosmic Background Imager (CBI) και παρέχουν νέα εμπιστοσύνη στην ακρίβεια του τυπικού μοντέλου του πρώιμου σύμπαντος στο οποίο ο γρήγορος πληθωρισμός εμφανίστηκε μια σύντομη στιγμή μετά το Big Bang .
Το νέο χαρακτηριστικό αυτών των παρατηρήσεων πόλωσης είναι ότι αποκαλύπτουν άμεσα τους σπόρους των σμήνων των γαλαξιών και τις κινήσεις τους καθώς προχώρησαν στο σχηματισμό των πρώτων ομάδων γαλαξιών.
Αναφέροντας στην ηλεκτρονική έκδοση Science Express στις 7 Οκτωβρίου, ο καθηγητής Αστρονομίας του Caltech Rawn και κύριος ερευνητής στο έργο CBI, ο Anthony Readhead και η ομάδα του λένε ότι τα νέα αποτελέσματα πόλωσης παρέχουν ισχυρή υποστήριξη για το πρότυπο μοντέλο του σύμπαντος ως μέρος όπου Η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια είναι πολύ πιο διαδεδομένα από την καθημερινή ύλη, όπως την ξέρουμε, η οποία αποτελεί μείζον πρόβλημα για τη φυσική. Ένα έγγραφο συνοδείας που περιγράφει τις πρώιμες παρατηρήσεις πόλωσης με το CBI έχει υποβληθεί στο Astrophysical Journal.
Το κοσμικό υπόβαθρο που παρατηρείται από το CBI προέρχεται από την εποχή μόλις 400.000 χρόνια μετά το Big Bang και παρέχει πληθώρα πληροφοριών σχετικά με τη φύση του σύμπαντος. Σε αυτήν την απομακρυσμένη εποχή καμία από τις οικείες δομές του σύμπαντος δεν υπήρχε – δεν υπήρχαν γαλαξίες, αστέρια ή πλανήτες. Αντ 'αυτού, υπήρχαν μόνο μικρές διακυμάνσεις πυκνότητας, και αυτοί ήταν οι σπόροι από τους οποίους σχηματίστηκαν γαλαξίες και αστέρια κάτω από το χέρι της βαρύτητας.
Όργανα πριν από το CBI είχαν ανιχνεύσει διακυμάνσεις σε μεγάλες γωνιακές κλίμακες, που αντιστοιχούσαν σε μάζες πολύ μεγαλύτερες από τις υπερκείμενες γαλαξίες. Η υψηλή ανάλυση του CBI επέτρεψε να παρατηρηθούν για πρώτη φορά οι σπόροι των δομών που παρατηρούμε γύρω μας στο Space Magazine τον Ιανουάριο του 2000.
Το διαστελλόμενο σύμπαν ψύχθηκε και 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ήταν αρκετά δροσερό ώστε τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια να συνδυαστούν για να σχηματίσουν άτομα. Πριν από αυτή την εποχή τα φωτόνια δεν μπορούσαν να ταξιδέψουν πολύ πριν συγκρούσουν ένα ηλεκτρόνιο και το σύμπαν ήταν σαν μια πυκνή ομίχλη, αλλά σε αυτό το σημείο το σύμπαν έγινε διαφανές και από τότε τα φωτόνια έχουν ρέει ελεύθερα σε όλο το σύμπαν για να φτάσουν στα τηλεσκόπια μας σήμερα, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα. Έτσι, οι παρατηρήσεις του φόντου των μικροκυμάτων παρέχουν ένα στιγμιότυπο του σύμπαντος, όπως ήταν μόλις 400.000 χρόνια μετά το Big Bang - πολύ πριν από το σχηματισμό των πρώτων γαλαξιών, των άστρων και των πλανητών.
Τα νέα δεδομένα συλλέχθηκαν από το CBI μεταξύ Σεπτεμβρίου 2002 και Μαΐου 2004, και καλύπτουν τέσσερα κομμάτια ουρανού, που καλύπτουν μια συνολική έκταση τριακόσια φορές το μέγεθος της Σελήνης και δείχνουν λεπτές λεπτομέρειες μόνο ένα κλάσμα του μεγέθους της Σελήνης. Τα νέα αποτελέσματα βασίζονται σε μια ιδιότητα του φωτός που ονομάζεται πόλωση. Πρόκειται για μια ιδιότητα που μπορεί να αποδειχθεί εύκολα με ένα ζευγάρι γυαλιά ηλίου πόλωσης. Εάν κάποιος κοιτάζει το φως που ανακλάται από μια λίμνη μέσα από τέτοια γυαλιά ηλίου και μετά περιστρέφει τα γυαλιά ηλίου, βλέπει κανείς το ανακλώμενο φως να ποικίλλει στη φωτεινότητα. Αυτό συμβαίνει επειδή το ανακλώμενο φως είναι πολωμένο και τα γυαλιά ηλίου πόλωσης μεταδίδουν μόνο φως του οποίου η πόλωση είναι σωστά ευθυγραμμισμένη με τα γυαλιά. Το CBI διαλέγει επίσης το πολωμένο φως και είναι οι λεπτομέρειες αυτού του φωτός που αποκαλύπτουν την κίνηση των σπόρων των σμήνων γαλαξιών.
Στη συνολική ένταση βλέπουμε μια σειρά από κορυφές και κοιλάδες, όπου οι κορυφές είναι διαδοχικές αρμονικές ενός θεμελιώδους «τόνου». Στην πολωμένη εκπομπή βλέπουμε επίσης μια σειρά από κορυφές και κοιλάδες, αλλά οι κορυφές στην πολωμένη εκπομπή συμπίπτουν με τις κοιλάδες στη συνολική ένταση και το αντίστροφο. Με άλλα λόγια, η πολωμένη εκπομπή είναι ακριβώς εκτός βήματος με τη συνολική ένταση. Αυτή η ιδιότητα της πολωμένης εκπομπής είναι εκτός βήματος με τη συνολική ένταση υποδηλώνει ότι η πολωμένη εκπομπή προκύπτει από την κίνηση του υλικού.
Η πρώτη ανίχνευση της πολωμένης εκπομπής από το Degfer Angular Scale Interferometer (DASI), το αδελφό έργο του CBI, το 2002 παρείχε δραματικές ενδείξεις κίνησης στο πρώιμο σύμπαν, όπως και οι μετρήσεις του Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) το 2003 Τα αποτελέσματα CBI που ανακοινώθηκαν σήμερα αυξάνουν σημαντικά αυτά τα προηγούμενα ευρήματα αποδεικνύοντας άμεσα, και στις μικρές κλίμακες που αντιστοιχούν σε σμήνη γαλαξιών, ότι η πολωμένη εκπομπή είναι εκτός βήματος με τη συνολική ένταση.
Άλλα δεδομένα σχετικά με την κοσμική παραμόρφωση του φούρνου μικροκυμάτων κυκλοφόρησαν μόλις πριν από δύο εβδομάδες από την ομάδα του DASI, της οποίας τα τρία χρόνια των αποτελεσμάτων δείχνουν περαιτέρω πειστικά στοιχεία ότι η πόλωση οφείλεται πράγματι στο κοσμικό υπόβαθρο και δεν έχει μολυνθεί από ακτινοβολία από τον Γαλαξία. Τα αποτελέσματα αυτών των δύο αδελφών έργων συμπληρώνουν λοιπόν το ένα το άλλο όμορφα, όπως ήταν η πρόθεση του Readhead και του John Carlstrom, του κύριου ερευνητή του DASI και ενός συγγραφέα στο χαρτί CBI, όταν σχεδίασαν αυτά τα δύο μέσα πριν από μια δεκαετία.
Σύμφωνα με τον Readhead, «η Φυσική δεν έχει ικανοποιητική εξήγηση για τη σκοτεινή ενέργεια που κυριαρχεί στο σύμπαν. Αυτό το πρόβλημα παρουσιάζει τη σοβαρότερη πρόκληση για τη θεμελιώδη φυσική από τις κβαντικές και σχετικιστικές επαναστάσεις ενός αιώνα πριν. Οι επιτυχίες αυτών των πειραμάτων πόλωσης δίνουν εμπιστοσύνη στην ικανότητά μας να διερευνήσουμε λεπτές λεπτομέρειες του πολωμένου κοσμικού υποβάθρου, το οποίο τελικά θα ρίξει φως στη φύση αυτής της σκοτεινής ενέργειας. "
«Η επιτυχία αυτών των πειραμάτων πόλωσης άνοιξε ένα νέο παράθυρο για την εξερεύνηση του σύμπαντος που μπορεί να μας επιτρέψει να διερευνήσουμε τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος μέσω παρατηρήσεων βαρυτικών κυμάτων από την εποχή του πληθωρισμού», λέει ο Carlstrom.
Η ανάλυση των δεδομένων CBI πραγματοποιείται σε συνεργασία με ομάδες στο Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας (NRAO) και στο Καναδικό Ινστιτούτο Θεωρητικής Αστροφυσικής (CITA).
«Είναι πραγματικά ένας συναρπαστικός χρόνος στην κοσμολογική έρευνα, με μια αξιοσημείωτη σύγκλιση θεωρίας και παρατήρησης, ένα σύμπαν γεμάτο μυστήρια όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια και μια φανταστική σειρά νέων τεχνολογιών - υπάρχει τεράστιο δυναμικό για θεμελιώδεις ανακαλύψεις εδώ» λέει ο Steve Myers του NRAO, συν-συγγραφέας και βασικό μέλος της ομάδας CBI από την αρχή.
Σύμφωνα με τον Richard Bond, διευθυντή της CITA και συγγραφέας της εφημερίδας, «Ως θεωρητικός στις αρχές της δεκαετίας του ογδόντα, όταν δείχναμε για πρώτη φορά ότι το μέγεθος της κοσμικής πόλωσης φόντου μικροκυμάτων θα ήταν πιθανότατα ένας παράγοντας εκατοντάδας κάτω από την ισχύ από οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας των λεπτών που ήταν οι ίδιοι μια ηρωική προσπάθεια να ανακαλυφθούν, φαινόταν ευσεβής να σκεφτεί καν ότι ακόμη και σε κάποιο μακρινό μέλλον θα μπορούσαν να αποκαλυφθούν τέτοια λεπτά σήματα. Με αυτές τις ανιχνεύσεις πόλωσης, το επιθυμητό έχει γίνει πραγματικότητα, χάρη στην αξιοσημείωτη τεχνολογική πρόοδο σε πειράματα όπως το CBI. Ήταν προνόμιο μας στη CITA να συμμετέχουμε πλήρως ως μέλη της ομάδας CBI στην αποκάλυψη αυτών των σημάτων και στην ερμηνεία της κοσμολογικής τους σημασίας για αυτό που έχει αναδειχθεί ως το πρότυπο μοντέλο σχηματισμού και εξέλιξης της κοσμικής δομής. "
Το επόμενο βήμα για τον Readhead και την ομάδα του CBI θα είναι να βελτιώσει σημαντικά αυτές τις παρατηρήσεις πόλωσης λαμβάνοντας περισσότερα δεδομένα και να ελέγξει εάν η πολωμένη εκπομπή είναι ακριβώς εκτός βήματος με τη συνολική ένταση με στόχο την εύρεση κάποιων ενδείξεων για τη φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας.
Το CBI είναι μια συστοιχία τηλεσκοπίων μικροκυμάτων που περιλαμβάνει 13 ξεχωριστές κεραίες, καθεμία διαμέτρου περίπου 3 ποδών και λειτουργεί σε 10 κανάλια συχνοτήτων, που έχουν δημιουργηθεί σε συναυλία έτσι ώστε ολόκληρα τα όργανα να λειτουργούν ως σύνολο 780 ιντερφερόμετρων. Το CBI βρίσκεται στο Llano de Chajnantor, ένα ψηλό οροπέδιο στη Χιλή στα 16.800 πόδια, καθιστώντας το μακράν το πιο εξελιγμένο επιστημονικό όργανο που χρησιμοποιήθηκε ποτέ σε τόσο μεγάλα υψόμετρα. Το τηλεσκόπιο είναι τόσο υψηλό, στην πραγματικότητα, τα μέλη της επιστημονικής ομάδας πρέπει ο καθένας να μεταφέρει εμφιαλωμένο οξυγόνο για να κάνει τη δουλειά.
Η αναβάθμιση της δυνατότητας CBI σε πόλωση υποστηρίχθηκε από μια γενναιόδωρη επιχορήγηση από το Λειτουργικό Ινστιτούτο Kavli και το έργο είναι επίσης ο ευγνώμων παραλήπτης της συνεχούς υποστήριξης από την Barbara και τον Stanley Rawn Jr. Το CBI υποστηρίζεται επίσης από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Καλιφόρνιας και το Καναδικό Ινστιτούτο Προηγμένης Έρευνας, και έχει επίσης λάβει γενναιόδωρη υποστήριξη από τους Maxine και Ronald Linde, Cecil και Sally Drinkward, και από το Ινστιτούτο Κοσμικής Φυσικής του Kavli στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο.
Εκτός από τους προαναφερθέντες επιστήμονες, το σημερινό επιστημονικό έγγραφο της Science Express συντάσσεται από τους C. Contaldi και J. L. Sievers της CITA, J.K. Cartwright και S. Padin, και οι δύο Caltech και το Πανεπιστήμιο του Σικάγο? B. S. Mason και M. Pospieszalski του NRAO · C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus, και J. May όλο το Πανεπιστήμιο της Χιλής. C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson, και M. Shepherd of Caltech; W. Holzapfel του UC Berkeley; E. M. Leitch και C. Pryke του Πανεπιστημίου του Σικάγου. D. Pogosyan του Πανεπιστημίου του Τορόντο και του Πανεπιστημίου της Αλμπέρτα. και R. Bustos, R. Reeves και S. Torres του Πανεπιστημίου του Concepci? n, Χιλή.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων Caltech
