Planck: Fale grawitacyjne pozostają nieuchwytne

Ta wizualizacja danych z satelity Planck przedstawia oddziaływanie pomiędzy obecnym w naszej Galaktyce pyłem międzygwiezdnym i jej własnym polem magnetycznym. Skala barw reprezentuje intensywność emisji pyłu i odkrywa dzięki temu rozkład jego obłoków w Galaktyce. Rozkład ten uzyskano w oparciu o pomiary kierunku polaryzacji światła emitowanego przez ów pył, która określa kierunek pól magnetycznych.

Źródło: ESA/Planck Collaboration

Mimo wcześniejszych doniesień o niezwykłym odkryciu B-modów w kosmicznym promieniowaniu tła okazuje się, że nadal nie mamy dowodów na istnienie pierwotnych fal grawitacyjnych we Wszechświecie.

Wszechświat narodził się około 13,8 miliarda lat temu i w tym czasie wyewoluował ze swego bardzo gęstego, gorącego i jednorodnego stanu do stanu ogromnej złożoności,w tym obserwowalnych dziś galaktyk i gwiazd. Niezwykłym źródłem informacji i jego burzliwych początkach jest mikrofalowe promieniowanie tła (CMB) – pozostałość po pierwszym świetle, wyemitowanym zaledwie 380 000 po Wielkim Wybuchu. Satelita Planck obserwował tło tego promieniowania a całym niebie z największą jak dotąd dokładnością, dokonując przez ostatnie dwa lata kilka ważnych odkryć w zakresie kosmologii czesnego Wszechświata.

Ale naukowcy szukali też czegoś więcej – konkretnych śladów po kosmicznej epoce inflacji, podczas której Wszechświat miałby się bardzo szybko rozszerzyć w krótkim czasie, gdy liczył sobie zaledwie ułamki sekundy. Według teoretyków ślady po owej epoce powinny być zapisane w falach grawitacyjnych, czyli drobnych perturbacjach naszej czasoprzestrzeni. Powinny one również wpływać na inną cechę obserwowanego dziś promieniowania tła: jego polaryzację, czyli określone ukierunkowanie drgań fali świetlnej. Wiemy, że CMB jest spolaryzowane na różne sposoby, wykazuje m.in. polaryzację kołową i radialną (tzw. E-mody) oraz bardziej złożoną, jak gdyby krętą (B-mody). Ta druga jest z punktu widzenia kosmologii szczególnie istotna, bowiem może nam powiedzieć wiele o epoce kosmicznej inflacji. Oczywiście poszukiwanie tych modów jest nie tylko fascynujące, ale i niebywale trudne – sam bowiem sygnał CMB to zaledwie parę procent całkowitego promieniowania elektromagnetycznego nieba.

Planck to nie jedyny instrument wysłany z misją ich poszukiwania. W 2014 roku iny zespół naukowców wykorzystywał w celu przeprowadzenia podobnych obserwacji dla małego wycinka nieba zespół detektorów BICEP2 zlokalizowany na Antarktydzie oraz inny instrument z okolic Bieguna Południowego, Keck Array. Astronomowie zaprezentowali ostatnio wyniki swych badań, z których zdaje się wynikać, że odkryte anomialie moga być faktycznie poszukiwaymi zaburzeniami pierwotnych fal grawitacyjnych. Jednak okazało się też, że wytłumaczenie takich obserwacji może być inne i dużo bardziej „przyziemne” - podobny efekt może bowiem dawać pył międzygwiazdowy obecny w naszej Galaktyce. Pył ten dodatkowo wytwarza też światło spolaryzowane, które nakłada się na polaryzacje mikrofalowego promieniowania tła. Oba obserwujące niebo obserwatoria naziemne zbierają więc dane na podobnej częstotliwości mikrofalowej, zbierając niejako przy okazji emisję pyłu w Drodze Mlecznej,

Z drugiej strony Planck obserwował niebo na aż 9 częstotliwościach mikrofalowych, z czego aż 7 badano również pod kątem obecności i kierunku polaryzacji. Dzięki temu dane te można poddać uważnej analizie i starać się wyeliminować z nich inne wkłady w całkowity sygnał CMB. Naukowcy z zespołu „BICEP2” celowo wybrali obszar nieba z przewidywaną niska emisją pyłu Galaktyki i zinterpretowali znaleziony spolaryzowany sygnał jako kosmologiczny. Jednak po publikacji map emisji pyłu z Plancka okazało się, że jej wkład w całkowity sygnał może być większy niż dotychczas sądzono.


We wrześniu 2014, Planck po raz pierwszy dowiódł, że sopolaryzowaa emisja pyłu jest w całym obszarze nieba znacząca i porównywalna z promieniowaiem wykrytym przez BICEP2. Zespoły naukowe „Planck” i „BICEP2” połączyły niedawno swe siły, by wspólnie wykorzystać zdolności satelity w zakresie wychwytywania słabego sygnału CMB na kilku częstotliwościach oraz większą czułość teleskopów naziemnych przy obserwacjach określonych fragmentów nieba. Jak na razie okazuje się, że nie można jednoznacznie potwierdzić wykrycia kosmologicznych B-modów, o których prasa naukowa donosiła blisko rok temu.

Odkryto również podczas tych badań inne źródło B-modów związane z bardzo wczesnym etapem ewolucji Kosmosu. Sygnał ten po raz pierwszy dostrzeżono w roku 2013. Nie jest on jednak bezpośrednim wskaźnikiem epoki kosmicznej inflacji, ale raczej wynikiem istnienia „kosmicznej sieci” masywniejszych struktur, które niegdyś zaludniły wczesny Wszechświat, zmieniając przez to ścieżki propagacji mikrofalowego promieniowania tła. Efekt ten jest rodzajem soczewkowania grawitacyjnego, gdzie masywne obiekty zakrzywiają trajektorie fotonów.

Jeżeli więc chodzi o kwestię sygnałów powiązanych wyraźnie z kosmologiczną inflacją, sprawa ta pozostaje nadal otwarta. Wysiłki obu współpracujących ze sobą zespołów naukowych doprowadziły jak na razie do ustalenia limitu górnego dla ilości fal grawitacyjnych związanych z inflacją, który jest prawdopodobnie nie większy od połowy zaobserwowanych przez Placka sygnałów.

Cały artykuł: BICEP2 / Keck Array V: Measurements of B-mode Polarization at Degree Angular Scales and 150 GHz by the Keck Array


Liczba odsłon: 1738


Podkreślony obszar w tych danych z Plancka pokazuje położenie niewielkiego fragmentu nieba obserwowanego przez instrumenty badawcze z bieguna południowego, BICEP2 i Keck Array. To właśnie w tych danych miałyby być widoczne tzw. B-mody w polaryzacji kosmicznego promieniowania tła (CMB), czyli najstarszego światła w całej historii Wszechświata. Jednak dokładna analiza danych z BICEP2, Keck Array i satelity Planck wykazała z czasem, że sygnał ten nie miał najprawdopodobniej pochodzenia kosmologicznego i wiązał się z pyłem obecnym w Drodze Mlecznej.

Źródło: ESA/Planck Collaboration