Очередное исследование, в котором использовались данные космического телескопа Планк и наземного эксперимента BICEP в Антарктиде, опровергло недавнее обнаружение гравитационных волн.

Вселенная возникла примерно 13,8 млрд лет назад. После образования она была чрезвычайно горячей, плотной и однородной. Но, по мере остывания Вселенной, вещество приобретало более сложные формы и структурировалось в галактики, звезды, планеты и другие известные нам объекты. Со времен спустя примерно 380 тысяч лет после Большого взрыва осталось слабое, так называемое реликтовое микроволновое излучение. В этом излучении ученые ищут следы инфляции, т. е. расширения пространства.

В зависимости от источника, свет может иметь разную поляризацию. Световая волна является поперечной, т. е. колебания она распространяются не вдоль прямой, как в случае с продольными волнами, а поперечно направлению движения – т. е. в плоскости, или даже в пространстве, когда вектор амплитуды описывает сложную фигуру. Если плоскости распространения волн или описываемые вектором фигуры наклонены одинаково, говорят, что свет поляризован. В зависимости от источника света во Вселенной, он может обладать различным видом поляризации. Реликтовое излучение имеет поляризацию двух типов: E-моды (круговые и радиальные колебания) и B-моды (более сложные). Считается, что B-мода возникла в первичных гравитационных волнах и подтверждает инфляцию Вселенной.

Упрощенно говоря, гравитационные волны – это распространяющиеся с определенной скоростью флуктуации пространства, вызванные массивными объектами. Гравитационные волны были предсказаны Общей теории относительности, однако пока они не получили прямого наблюдательного подтверждения. Косвенно в пользу их существования свидетельствуют наблюдения эволюции двойных радиопульсаров, но для уверенности ученым необходимо зарегистрировать сигнал напрямую. Проблема заключается в том, что возможностей даже самых чувствительных современных детекторов не достаточно для того, чтобы зафиксировать очень слабый эффект воздействия гравитационных волн на среду.

Европейский космический телескоп Планк, запущенный в 2009 году, более четырех лет картографировал реликтовое микроволновое излучение со всего видимого неба с беспрецедентной точностью. В марте 2014 года большое открытие было сделано американскими учеными, которые работают на детекторе BICEP2 в Антарктиде. Эта обсерватория собирает данные о микроволновом излучении с длиной волны 100/150 гигагерц на узком участке неба. Физикам удалось обнаружить B-моду поляризации реликтового излучения с доверительной вероятностью более пяти сигма. Этого достаточно для того, чтобы официально объявить об открытии. В исследовании использовались также данные другого инструмента BICEP, массива Кек.


Карты микроволнового и субмиллиметрового излучения по данным телескопа Планк.

Между тем, существует другой возможный источник света с B-модой поляризации: наша галактика. В Млечном пути находятся газ и пыль, излучающие свет тех же частот, что и реликтовое излучение. Этот свет волей-неволей фиксируется нашими детекторами, и для его отделения необходим очень внимательный анализ. «Когда мы обнаружили сигнал [B-моды поляризации] в наших данных, мы использовали для анализа модель эмиссии галактической пыли, существовавшую в то время», – говорит Джон Ковак, главный исследователь эксперимента BICEP2 в Гарвардском университете. – «Считалось, что на изучаемом нами участке неба пылевое излучение значительно слабее реликтового».

Космический телескоп Планк, о котором говорилось выше, изучал небо в девяти микроволновых и субмиллиметровых диапазонах, для семи из которых определялась поляризация. Тщательный анализ этих данных можно использовать для того, чтобы отделить реликтовое излучение от галактического. На начало года участок неба, изучавшийся экспериментом BICEP, считался относительно чистым, но опубликованные в сентябре 2014 года карты эмиссии поляризованного света, порожденного галактической пылью, показали, что вклад этого изучения может быть гораздо более значительным даже на чистых участках.

Команды ученых, работающие с Планком и на экспериментах BICEP, решили объединить свои усилия, чтобы исключить из собранных в Антарктиде данных загрязнение пылевым излучением. Кроме того, к настоящему времени стали доступны данные, собранные массивом Кек в 2012 и 2013 годах. В результате, после вычета вклада галактической пыли, уверенности в обнаружении B-моды реликтового излучения у ученых больше нет. «К сожалению, мы теперь не можем подтвердить, что зафиксировали признак расширения Вселенной», – констатирует Жан-Лу Пуже из Института астрофизики космоса в Орсе, работающий с данными телескопа Планк.

Кроме этого, ученые обнаружили дополнительный слабый источник излучения с B-модой поляризации. Впервые сигнал был замечен в 2013 году. Он не является подтверждением инфляционной теории, а указывает на то, что сеть массивных космических структур, заполняющих Вселенную, отклоняет траектории фотонов реликтового излучения на пути к нам. Этот эффект называется гравитационным линзрованием. Подтвердить наличие сигнала удалось по совместным данным обсерватории Планк, экспериментов BICEP2 и массива Кек.


Искажение траектори реликтового излучения эффектом гравитационного линзирования.

Ссылка: phys.org

Обсудить