Исследователи из BICEP2 поспешили с подтверждением обнаружения гравитационных волн
Тревожные новости пришли от коллаборации учёных, изучающих объединённые данные от космической миссии «Планк» (Planck) и наземного эксперимента BICEP2. Оказывается, информация, опубликованная ими в 2014 году не содержит неопровержимых доказательств обнаружения гравитационных волн, оставшихся с рождения нашей Вселенной, несмотря на предыдущие отчёты об их возможном выявлении. Но исследователи утешают себя тем, что взаимодействие между ними привело к выработке понимания того, на что сигналы от древних гравитационных волн должны быть похожи. «Проанализировав оба набора данных в совокупности, мы могли получить более точную картину того, что происходило вообще в космосе, нежели если бы использовали только один набор данных. Объединённый анализ показал, что большая часть сигнала, обнаруженная BICEP2 и массивом Кек, приходит к нам из скоплений пыли в Млечном пути, но всё же мы не можем исключать присутствие очень слабых сигналов гравитационных волн, просто мы не можем их почувствовать. Вообще, наша работа является хорошим примером того, как достигаются результаты в науке, шаг за шагом.», — Чарльз Лоуренс, научный руководитель миссии «Планк» в Лаборатории реактивного движения. Миссии «Планк» и BICEP/Keck были разработаны для того, что измерить реликтовое излучение, которое Вселенная стала испускать спустя короткое время после Большого взрыва 13.8 миллиардов лет назад. Это излучение является даже сейчас для нас экстраординарным источником информации об истории Вселенной, и всё это заключено в космических «окаменелостях», которые называются космическим микроволновым фоном (cosmic microwave background (CMB)). «Планк» нанёс на карту распределение CMB по всему небу, а объединение BICEP/Keck сосредоточилось на одном участке чистого неба на Южном полюсе. В марте 2014 года астрономы представили удивительные данные экспериментов BICEP2, в которых утверждалось, что был обнаружен древний сигнал нашей Вселенной, дошедший до нас со времени её возникновения. Если бы сигнал действительно пришёл из раннего космического пространства, то это подтвердило бы присутствие древних гравитационных волн. Это означало бы, что эти волны были произведены взрывом и дальнейшим очень быстром периодом роста Вселенной, который называется инфляцией. Этот период имел место, когда Вселенная была размером с мелкую песчинку возрастом всего в одну секунду. Учёные BICEP2 пришли к такому заключению, потому что, как они посчитали, им удалось обнаружить B-моду поляризованного света. Дело в том, что эта составляющая световой волны как раз и могла бы нести в себе отпечаток космического микроволнового фона в виде гравитационных волн. Ведь поляризация описывает вполне определённое состояние световой волны. Например, электрические и магнитные поля, которые переносятся светом, вибрируют одинаково во всех направлениях. Но когда этот процесс начинает происходить предпочтительно в определённом направлении, свет становится поляризованным. «То, что мы посчитали образцом поляризации света от BICEP2, было также ясно заметно и с новыми данными от массива Кека», — Джейми Бок из Калифорнийского технологического института. «Поиск этой уникальной подписи очень ранней Вселенной является столь же трудным, как и захватывающим, так как этот слабый сигнал скрыт в поляризации космического микроволнового фона, который сам по себе сейчас представляет только небольшую часть полного спектра света, обнаруживаемого сейчас», — Ян Таубер, руководитель миссии «Планк» из Европейского космического агентства. Одной из самых важных проблем в идентификации B-моды поляризованного света, является возможность правильно её отличить о той, которая производится межзвёздной пылью, находящейся значительно ближе к нам в Млечном пути. Дело в том, что в нашу галактику проникает смесь газа и пыли, которая излучает свет на той же частоте, что и космический микроволновый фон, и вот как раз это газо-пылевое излучение, находящееся для нас на переднем плане, существенно влияет на наше понимание того, что происходит дальше. «Когда мы сначала обнаружили искомый сигнал в наших данных, мы полагались на модели галактического распределения излучения пыли, которое было доступно в то время. Согласно этим данным, мы смотрели в область неба, которая была относительно свободной от этого побочного загрязнения», — Джон Ковач, заместитель руководителя BICEP2/Keck в Гарвардском университете. Эксперимент BICEP2/Keck собирает данные всего лишь на одной единственной частоте микроволнового диапазона, что мешает отделять излучение от пыли в Млечном пути и космического микроволнового фона друг от друга. С другой стороны, «Планк» наблюдал небо в девяти микроволновых и субмиллиметровых частотных каналах, семь из которых был также оборудованы чувствительными к поляризации датчиками. Некоторые из этих частот были выбраны, чтобы изучить пыль в Галактике. Как раз тщательным анализом этих многочастотных данных и удаётся различать вклады различного излучения в общий сигнал. В этот момент обе команды, и «Планк», и BICEP2/Keck, объединили свои усилия: получилась система, способная понять многочастотную информацию излучения переднего плана с большей чувствительностью исследований ограниченных областей неба. «Шум в инструментах из-за их погрешности производства ограничивает то, как глубоко мы можем проникнуть вглубь сигнала эпохи инфляции. BICEP2/Keck изучил небо в одной длине волны. Чтобы ответить на вопрос, какое количество сигнала прибывает из нашей галактики, мы воспользовались данными миссии «Планк» в многочастотном диапазоне. На сегодняшний день мы получили самые точные доступные данные». В итоге, окончательные результаты показали, что большая часть оригинального сигнала B-моды от BICEP2/Keck, но не обязательно вся, может быть объяснена присутствием пыли в Млечном пути. Что касается признаков инфляционного периода Вселенной в полученных ранее данных — вопрос остаётся открытым. В итоге исследователи решили заявить, что гравитационные волны инфляции присутствуют в сигнале, но на слишком низком уровне, чтобы это можно было подтвердить существующими инструментами.
Изображение
Масштаб этого изображения представлен цветом и обозначает данные от миссии «Планк» по излучению пыли — небольшого, но решающего компонента, который проникает в Млечный путь из вне. Цветовая текстура указывает на ориентацию галактического магнитного поля и основана на измерениях направления поляризованного света, излучаемого пылью. Выделенная область показывает часть неба, которая наблюдалась с помощью двух наземных экспериментов на Южном полюсе — BICEP2 и Кек. Анализируя изображение можно увидеть, что эмиссия пыли является самой сильной в области вдоль плоскости галактики в верхней части изображения. Но сигнал из слабых областей всё же существенен, поэтому им тоже нельзя пренебрегать. Маленькое облако, видимое в красном цвете в правой верхней части показывает пылевую эмиссию Малого Магелланова Облака. Источник: ESA/Planck Collaboration
По информации .NASA
|
Озарение.