Teleskop Herschela bada promieniowanie tła

Ilustracja przedstawia odchylanie się pierwotnego światła powstałego we wczesnym Wszechświecie na skutek obecności dużych mas. Źródło: ESA and the Planck Collaboration

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Herschela po raz pierwszy wykryli subtelne zmiany w pozostałości po Wielkim Wybuchu – promieniowaniu reliktowym. Toruje to naukowcom drogę do lepszego zrozumienia pierwszych chwil istnienia Wszechświata.

Nieuchwytny dotąd sygnał został znaleziony dzięki pewnemu zjawisku. Pierwsze światło, jakie dawno temu pojawiło się we Wszechświecie, uległo odchyleniu podczas podróży ku Ziemi, ingerując w gromady galaktyk i ciemną materię – niewidoczną substancję, która może być wykrywana jedynie w sposób pośredni, poprzez swój wpływ grawitacyjny wywierany na inne obiekty. Odkrycie to być może doprowadzi do znalezienia ostatecznych dowodów na istnienie fal grawitacyjnych, powstałych podczas gwałtownej fazy inflacyjnej w historii Wszechświata – co stanowi najbardziej oczekiwany wynik badań będących przedmiotem misji satelity Planck (ESA).

Promieniowanie reliktowe, inaczej kosmiczne promieniowanie tła (ang. Cosmic Microwave Background, CMB) zostało utrwalone na tle nieba, gdy Wszechświat liczył sobie zaledwie 380 000 lat. Dziś, prawie 14 miliardów lat później, widzimy je jako niebo wypełnione falami radiowymi o bardzo niskiej temperaturze - zaledwie 2,7 kelwinów, czyli niewiele powyżej zera absolutnego. Drobne odchylenia od tej wartości – wynoszące tylko kilkadziesiąt milionowych części stopnia – odkrywają przed nami fluktuacje gęstości takiego młodego Kosmosu, odpowiadające zalążkom wczesnych galaktyk, które obserwujemy obecnie. W marcu tego roku satelita Planck wykonał najbardziej szczegółową jak dotąd mapę nieba przestawiającą wariacje temperatury promieniowania reliktowego.

Ale obserwowane dziś promieniowanie tła zawiera w sobie także inne cenne informacje. Jego niewielka część jest spolaryzowana (podobnie jak światło, które widzimy przez polaryzacyjne okulary). Ta część może mieć dwa różne wzory – tzw. mody E i mody B. Mody E zostały odkryte w roku 2002 przy pomocy teleskopów naziemnych. Jednak to właśnie mody B mogą okazać się najciekawsze z punktu widzenia kosmologii. Są też dużo trudniejsze do wykrycia. Mogą one narastać w sposób dwojaki – pierwszy z nich polega na dodaniu pewnego parametru skrętu do pierwotnego światła podczas jego drogi przez Kosmos, np. przez jego odchylenie przez obiekty o dużej masie – galaktyki i ciemną materię. To mechanizm identyczny ze zjawiskiem soczewkowania grawitacyjnego.

Drugie wyjaśnienie istnienia tego wzoru ma korzenie dużo głębiej, w samej mechanice gwałtownej fazy w ekspansji Wszechświata, która miała miejsce w kilka sekund po Wielkim Wybuchu – tzw. epoce inflacyjnej. Najnowsze badania wykorzystują zarówno dane z obserwacji naziemnych, przy użyciu teleskopu South Pole Telescope, jak i z Teleskopu Orbitalnego Herschela. Dzięki nim wykryto pierwsze mody B w polaryzacji promieniowania tła, wygenerowane przez soczewkowanie grawitacyjne jego światła. Obserwacje z Herschela pozwoliły naukowcom prześledzić obecność materii stanowiącej potencjalne soczewki, zgrupowanej wzdłuż linii widzenia, a następnie wyszukać korelacje pomiędzy ich rozkładem, a wzorami spolaryzowanego światła CMB, zarejestrowanego przez teleskop naziemny.

Naukowcy sądzą, że w fazie inflacji miały miejsce gwałtowne zderzenia pomiędzy skupiskami materii oraz między materią i promieniowaniem. Powinny one wygenerować morze fal grawitacyjnych. Dziś te same fale byłyby wpisane w pierwotne mody B promieniowania reliktowego. Wykrycie takiej zmienności może dać nam istotne informacje na temat struktury bardzo wczesnego Wszechświata – jeszcze sprzed czasu, w którym powstało promieniowanie tła. Byłoby to także silnie potwierdzenie scenariusza inflacyjnego. Nowe wyniki obserwacji Placka zostaną opublikowane w roku 2014. Wówczas dowiemy się więcej na temat struktury wykrytych modów B.

Oryginalny artykuł: Detection of B-Mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope,
D. Hanson et al. (SPTpol Collaboration)




Źródło: Elżbieta Kuligowska | Źródło: astronomy.com

Liczba odsłon: 2767