Kozmologi s kalifornijskega tehnološkega inštituta so uporabili opažanja, ki so segala v oddaljeno vesolje, ko so se atomi prvič oblikovali, da so zaznali premike med semeni, ki so sprožili grozde galaksij. Novi rezultati kažejo gibanje primordialne snovi na poti k oblikovanju galaksijskih grozdov in superklusterjev. Opazovanja so bila pridobljena z instrumentom visoko v čilskih Andih, znanem kot Cosmic Background Imager (CBI), in zagotavljajo novo zaupanje v natančnost standardnega modela zgodnjega vesolja, v katerem je hitra inflacija prišla na kratko po velikem udaru .
Novost teh polarizacijskih opazovanj je, da neposredno razkrijejo seme grozdnih gruč in njihove gibe, ko so nastali v prvih grozdih galaksij.
Kot poroča v spletni izdaji Science Express, 7. oktobra, strokovni direktor astronomije Caltech in glavni raziskovalec projekta CBI, Anthony Readhead in njegova ekipa, pravijo, da novi rezultati polarizacije močno podpirajo standardni model vesolja kot mesta, v katerem temna snov in temna energija sta veliko bolj razširjeni od vsakodnevne snovi, kot jo poznamo, kar predstavlja veliko težavo za fiziko. V astrofizični reviji je bil predložen spremljevalni dokument, ki opisuje opazovanja zgodnje polarizacije s CBI.
Kozmično ozadje, ki ga je opazil CBI, izvira iz obdobja samo 400.000 let po velikem udaru in ponuja veliko informacij o naravi vesolja. V tej oddaljeni epohi ni obstajala nobena znana zgradba vesolja - ni bilo galaksij, zvezd ali planetov. Namesto tega so obstajala le drobna nihanja gostote in to so bila semena, iz katerih so se pod roko gravitacije oblikovale galaksije in zvezde.
Instrumenti pred CBI so zaznali nihanja na velikih kotnih lestvicah, kar ustreza masam, veliko večjim od superklasov galaksij. Visoka ločljivost CBI je omogočila, da so semena struktur, ki jih opažamo okoli nas v reviji Space, prvič opazili januarja 2000.
Širjenje vesolja se je ohladilo in do 400.000 let po velikem udaru je bilo dovolj kul, da so se elektroni in protoni združili, da so tvorili atome. Pred tem fotoni niso mogli potovati daleč, preden so se srečali z elektronom, in vesolje je bilo kot gosta megla, vendar je v tem trenutku vesolje postalo prozorno in od takrat so fotoni prosto tekali po vesolju, da bi danes dosegli naše teleskope, 13,8 milijarde let pozneje. Tako opažanja mikrovalovnega ozadja omogočajo posnetek vesolja, saj je bilo samo 400.000 let po velikem udaru - dolgo pred nastankom prvih galaksij, zvezd in planetov.
Nove podatke je CBI zbral med septembrom 2002 in majem 2004 in zajemajo štiri obliže neba, ki zajemajo skupno površino, tristokrat večjo od lune in kažejo drobne podrobnosti le delček velikosti lune. Novi rezultati temeljijo na lastnosti svetlobe, imenovani polarizacija. To je lastnost, ki jo je mogoče enostavno dokazati s pari polarizirajočih sončnih očal. Če pogledamo svetlobo, ki se odbija skozi ribnik skozi takšna sončna očala, in nato zasuka sončna očala, opazimo, da se odbijajoča svetloba spreminja v svetlosti. To je zato, ker je odbita svetloba polarizirana, polarizirajoča sončna očala pa oddajajo samo svetlobo, katere polarizacija je pravilno usklajena z očali. CBI prav tako pobira polarizirano svetlobo in podrobnosti te svetlobe razkrivajo gibanje semen galaksijskih grozdov.
V skupni intenzivnosti vidimo niz vrhov in dolin, kjer so vrhovi zaporedni harmoniki temeljnega "tona." V polarizirani emisiji vidimo tudi vrsto vrhov in dolin, vendar vrhovi polarizirane emisije sovpadajo z dolinami v skupni jakosti in obratno. Z drugimi besedami, polarizirana emisija je popolnoma zunaj celotne jakosti. Ta lastnost polarizirane emisije ni v koraku s skupno intenzivnostjo pomeni, da polarizirana emisija izhaja iz gibanja materiala.
Prvo odkritje polariziranih emisij s stopnjo interferometra kotne skale (DASI), sestrskim projektom CBI, je leta 2002 dalo dramatične dokaze gibanja v zgodnjem vesolju, kot so to izvedle tudi meritve Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) leta 2003 Rezultati danes objavljeni rezultati CBI bistveno povečajo te prejšnje ugotovitve tako, da neposredno in na majhnih lestvicah, ki ustrezajo galaksijskim grozdom, pokažejo, da polarizirana emisija ne presega celotne intenzivnosti.
Druge podatke o polarizaciji kozmičnega mikrovalovnega ozadja je pred dvema tednoma objavila ekipa DASI, katere tri leta rezultati kažejo nadaljnje prepričljive dokaze, da je polarizacija res posledica kozmičnega ozadja in ni onesnažena s sevanjem iz Mlečne poti. Rezultati teh dveh sestrskih projektov se torej lepo dopolnjujeta, tako kot sta nameravala Readhead in John Carlstrom, glavna preiskovalca DASI-ja in soavtorja v dokumentu CBI, ko sta pred dvema desetletjema načrtovala ta dva instrumenta.
Po Readheadu: "Fizika nima zadovoljive razlage za temno energijo, ki dominira v vesolju. Ta problem predstavlja najresnejši izziv za osnovno fiziko od kvantnih in relativističnih revolucij pred stoletjem. Uspehi teh polarizacijskih eksperimentov dajejo zaupanje v našo sposobnost sondiranja drobnih podrobnosti polariziranega kozmičnega ozadja, ki bo sčasoma vrglo svetlobo naravi te temne energije. "
"Uspeh teh poskusov s polarizacijo je odprl novo okno za raziskovanje vesolja, kar nam bo omogočilo, da bi lahko opazovali prve trenutke vesolja z opazovanjem gravitacijskih valov iz epohe inflacije," pravi Carlstrom.
Analiza podatkov CBI poteka v sodelovanju s skupinami na Nacionalnem observatoriju za radio astronomijo (NRAO) in na Kanadskem inštitutu za teoretsko astrofiziko (CITA).
"To je resnično vznemirljiv čas kozmoloških raziskav z izjemno konvergenco teorije in opazovanja, vesoljem, polnim skrivnosti, kot sta temna snov in temna energija, in fantastičnim naborom nove tehnologije - tukaj je ogromen potencial za temeljna odkritja." pravi Steve Myers iz NRAO, soavtor in ključni član ekipe CBI od samega začetka.
Kot je povedal Richard Bond, direktor CITA in soavtor prispevka, "Kot teoretik v zgodnjih osemdesetih letih, ko smo prvič pokazali, da bo obseg polarizacije kozmičnega mikrovalovnega ozadja verjetno dejavnik sto nižjih moči od minutne temperaturne razlike, ki so bile same odkriti, se je zdelo zaželeno razmišljati, da bi se že v neki daljni prihodnosti takšni minutni signali razkrili. Želeno je s temi polarizacijskimi zaznavami postalo resničnost zahvaljujoč izjemnemu tehnološkemu napredku eksperimentov, kot je CBI. V CITA je bil naš privilegij, da smo kot člani skupine CBI v celoti sodelovali pri razkrivanju teh signalov in razlagi njihovega kozmološkega pomena za tisto, kar se je postalo kot standardni model oblikovanja in razvoja kozmičnih struktur. "
Naslednji korak za Readhead in njegovo ekipo za CBI bo bistveno natančnejše izboljšanje polarizacijskih opažanj z več podatki in preizkus, ali je polarizirana emisija natančno izstopila s skupno intenzivnostjo, da bi našli nekaj namigov v naravi temne snovi in temne energije.
CBI je mikrovalovni teleskopski sklop, ki obsega 13 ločenih anten, premera približno tri noge in delujejo v 10 frekvenčnih kanalih, postavljenih skladno, tako da celotni instrumenti delujejo kot nabor 780 interferometrov. CBI se nahaja na Llano de Chajnantor, visoki planoti v Čilu na 16.800 čevljev, kar je daleč najbolj izpopolnjen znanstveni instrument, ki se je kdaj uporabljal na tako velikih višinah. Teleskop je pravzaprav tako visok, da morajo člani znanstvene skupine nositi kisik iz ustekleničenega dela.
Nadgradnjo CBI na sposobnost polarizacije je podprla velikodušna donacija Operativnega inštituta Kavli, projekt pa je tudi hvaležen prejemnik stalne podpore s strani Barbare in Stanleyja Rawn Jr. CBI podpira tudi Nacionalna znanstvena fundacija, Kalifornijski tehnološki inštitut in Kanadski inštitut za napredne raziskave, poleg tega pa sta bila deležna velikodušne podpore Maxine in Ronalda Lindeja, Cecila in Sally Drinkward ter Kavlijskega inštituta za kozmološko fiziko na Univerzi v Chicagu.
Poleg zgoraj omenjenih znanstvenikov sta prispevek Science Express skupaj s C. Contaldi in J. L. Sievers iz CITA, J.K. Cartwright in S. Padin, Caltech in Univerza v Chicagu; B. S. Mason in M. Pospieszalski iz NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus in J. May z univerze v Čilu; C. Dickinson, J. Kovač, T. J. Pearson in M. Shepherd iz Caltecha; W. Holzapfel iz UC Berkeley; E. M. Leitch in C. Pryke z univerze v Chicagu; D. Pogosyan z univerze v Torontu in univerze v Alberti; in R. Bustos, R. Reeves in S. Torres z univerze Concepci? n, Čile.
Izvirni vir: Caltech News Release
