Первое прямое доказательство инфляции Вселенной после Большого взрыва
Почти 14 миллиардов лет назад наша Вселенная бурно начала свою жизнь – с Большого взрыва. За ничтожную долю секунды Вселенная начала расширяться по экспоненте, раскинувшись за пределы досягаемости наших лучших телескопов. Впрочем, всё это лишь теория.
Но вчера исследовательский коллектив телескопа BICEP2 объявил о первом прямом доказательстве этой мгновенной инфляции Вселенной. Кроме того, в их работе представлены первые изображения гравитационных волн, или «ряби» пространства-времени. Эти волны считаются «первыми толчками» Большого взрыва. Наконец, полученные данные подтвердили тесную взаимосвязь между квантовой механикой и общей теорией относительности.
Эти сногсшибательные результаты были получены по итогам наблюдения (в BICEP2) реликтового электромагнитного излучения – слабого послесвечения Большого взрыва. Слабые колебания этого излучения дают ключ к пониманию древнейшего состояния Вселенной. К примеру, небольшие различия в температуре между разными участками звездного неба показывают, какие части Вселенной изначально обладали большей плотностью, сгустившись в галактики и их скопления.
Поскольку микроволновое фоновое излучение является формой света, оно обладает всеми свойствами света, в том числе поляризацией. На Земле солнечный свет рассеивается атмосферой и поляризуется – а в космосе МФИ рассеивают и поляризуют атомы и электроны.
«Наша группа охотилась за особым типом поляризации, так называемым B-режимом, который представляет собой “закрученные” формы в ориентации поляризации древнего света», - говорит Джейми Бок (Jamie Bock) из Калифорнийского технологического института.
Проходя сквозь космос, гравитационные волны сдавливают его – именно этот процесс оставляет характерный след в МФИ. Как и световые, гравитационные волны обладают хиральностью – их поляризация может быть «леворукой» или «праворукой».
«Вихревые формы B-режима – это уникальный признак гравитационных волн, именно из-за их хиральности. Перед нами – первое непосредственное изображение гравитационных волн в первозданном небе», - рассказывает Чао-Линь Куо (Chao-Lin Kuo) из Стэнфордского университета.
Исследователи изучили участки неба в 1-5 градусов (этот в 2-10 раз шире полной Луны). Для этого им пришлось отправиться на Южный полюс, с его сухим, холодным, безветренным воздухом.
«На Южном полюсе можно ближе всего подойти к космосу, не покидая земли. Одно из самых сухих и ясных мест на планете, он идеально подходит для наблюдения за слабыми волнами реликтового излучения», - говорит Джон Ковач (John Kovac) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
К удивлению ученых, сигналы поляризации в B-режиме оказались куда сильнее, чем ожидали многие космологи. Три с лишним года исследовательский коллектив проводил анализ данных, чтобы исключить малейшую вероятность ошибки. Они даже рассмотрели такой вариант, что наблюдаемые паттерны создают пылевые частицы в нашей галактике.
«Мы искали иголку в стоге сена, а нашли лом», - говорит Клем Прайк (Clem Pryke) из Университета штата Миннесота.
«Это исследование дает новый материал к размышлению над самыми фундаментальными вопросами. Почему мы существуем? Как началась Вселенная? Полученные результаты – не только явная улика космической инфляции. Они говорят нам и о том, когда началось расширение Вселенной и насколько мощным был этот процесс», - отмечает Ави Лёб (Avi Loeb) из Гарвардского университета.
По материалам пресс-релиза Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
На иллюстрации: колебания температуры (показаны изменениями цвета) микроволнового фонового излучения на небольшом участке неба, и ориентация его поляризации (показана короткими черными линиями).
Артём Космарский nauka21vek.ru