Детство Вселенной глазами “Планка”
 Картина полученного “Планком” микроволнового фонового излучения. (Изображение ESA) (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Запечатленные картой реликтового излучения крошечные флуктуации показывают, что Вселенная расширялась слегка медленнее, чем считалось ранее. Это уменьшает оценку количества противостоящей гравитации темной энергии в общем балансе массы-энергии Вселенной до 68,3% и до 26,8% увеличивает долю невидимой темной материи. Это также означает, что Вселенная на несколько десятков миллионов лет старше, чем считалось ранее: ее возраст – 13,82 млрд лет. Кроме того, карта показывает, что число ароматов [типов] нейтрино, по всей видимости, останется равным трем – если бы существовал четвертый, то в течение первых своих моментов Вселенная расширялась бы быстрее.
Эти результаты представляют уточнение оценок, полученных предыдущими миссиями, например, зондом WMAP [Wilkinson Microwave Anisotropy Probe]. Наибольший вклад наблюдения космического телескопа “Планк" делают в поддержку господствующей теории, описывающей мгновение после Большого взрыва. Теория инфляции утверждает, что в течение невообразимо быстрого расширения, что длилось лишь около 10-32 секунд, Вселенная выросла из субатомной области до нечто размером с грейпфрут, что далее продолжило расширяться с еще большей скоростью. Столь резкий рост мог бы объяснить, почему Вселенная, которую мы наблюдаем сегодня, однородна в больших масштабах, но все же изобилует скоплениями галактик, галактическими нитями и стенами.
“’Планк’ мог бы обнаружить, что с инфляцией что-то совсем не так", – рассказывает астрофизик Джо Данклей [Jo Dunkley, Оксфордский университет], работающий над данными с “Планка" и WMAP. “Вместо этого, мы получили новые свидетельства того, что данное расширение действительно имело место быть".
В минуты, последовавшие за инфляционным взрывом, из котла протоматерии формируются элементарные частицы, такие как протоны и электроны, фотоны начинают скакать между ними. И лишь 380000 лет спустя, когда заряженная плазма остыла до нейтральных атомов, эти фотоны смогли полететь свободно. Сейчас эти фотоны составляют микроволновое фоновое излучение и несут с собой отпечаток квантовых флуктуаций, будоражащих Вселенную времен инфляции.
Представленные на карте как малые изменения относительно средней температуры в 2,7 градуса по шкале Кельвина флуктуации вызваны изменениями в плотности вещества, что в конечном счете вылились в наблюдаемые сегодня галактики. “Все структуры, что мы видим во Вселенной, происходят из этих небольших возмущений", – отмечает Пол Шеллард [Paul Shellard, Кембриджский университет], космолог из команды миссии “Планк".
Теория инфляции, выдвинутая в 1980 году Аланом Гутом [Alan Guth, ныне работает в Массачусетском технологическом институте], предсказывает, что величины флуктуаций имеют нормальное распределение. В предыдущих миссиях космологи обнаружили намеки на то, что распределение не столь гладко, предполагая, что некоторые другие процессы были вовлечены в инфляцию Вселенной. Но до сих пор данные с “Планка" выглядят почти идеально соответствующими нормальному распределению, а стандартные теории инфляции выглядят все более и более защищенными.
Но не все космологические вопросы закрыты. Некоторые детали на карте “Планка" выглядят неуместными, например, странное “холодное пятно" и преобладание горячих точек в одном полушарии над другим. Более того, определенное на основе данных с “Планка" значение постоянной Хаббла, которая характеризует скорость расширения Вселенной, на удивление низко относительно оценок, сделанных с помощью других астрономических методов – возможно, это указание на действие “новой физики".
Полное подтверждение теории инфляции [и указаний на то, что ей руководило] будет зависеть от характеристик фотонов микроволнового фонового излучения. Драматический момент инфляции должен был сотрясти саму ткань пространства-времени, породив гравитационные волны. Они в свою очередь, возможно, наложили отпечаток на поляризацию фотонов реликтового излучения. Команда миссии “Планк" рассчитывает выпустить данные по поляризации в начале следующего года. “Если мы обнаружим гравитационные волны, то получим Нобелевскую премию – это важное событие", – отметил Джордж Эфстатиу [George Efstathiou, директор Института космологической физики имени Кавли в Кембридже, Великобритания], один из ведущих исследователей миссии “Планк".
Крайне слабый сигнал поляризации может лежать за пределами досягаемости детекторов космического телескопа “Планк". Наземные телескопы микроволнового диапазона, такие как расположенный в Антарктиде Keck Array, также участвуют в охоте, хотя они ограничены возможностью обзора лишь одной небесной полусферой и в конкретном диапазоне частот микроволнового излучения, потому что кислород в атмосфере Земли может блокировать некоторые фотоны микроволнового фонового излучения. Чарльз Лоуренс [Charles Lawrence, Лаборатория реактивного движения, НАСА], ведущий ученый миссии “Планк" в США, говорит, что для завершения этой работы может потребоваться другой космический телескоп, возможно, даже миссия десятилетия спустя, чтобы обнаружить гравитационные волны непосредственно.
Однако в плане флуктуаций температуры, по заявлению Лоуренса, астрономы должны будут довольствоваться “Планком", который “выжал почти все соки из реликтового излучения". Лоуренс считает, что этот сок очень сладкий, даже если после него останется несколько вопросов, без возможности ответа.
“У нас есть достаточно хорошее представление о том, какова Вселенная, но у нас нет ни малейшего понятия, почему она существует", – заявил Лоуренс, добавив с озорным ликованием: “Это довольно смешно, не так ли?"
Путешествие света сквозь пространство и время
Также по теме:
- Данные миссии Кеплер за 22 месяца наблюдений
- Спутники-шпионы и передовые коронографы
- Слияние передовых космических миссий
- Можно ли сделать поиск экзопланет дешевле?
- Космический телескоп имени Джеймса Вебба
Источники: