Астрофизики из Калифорнийского университета в Сан-Диего измерили мельчайшие гравитационные искажения в поляризованном излучении от ранней Вселенной и обнаружили, что эти древние микроволны являются важным космологическим испытанием для Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. У этих измерений есть потенциал, который позволяет сузить диапазон масс гипотетических субатомных частиц, известных как нейтрино.
Излучение может предоставить физикам ключи к разгадке другой неразрешённой тайны о нашей Вселенной: как невидимая «темная материя» и «темная энергия», которые невозможно обнаружить посредством современных телескопов, могут быть распределены по всей Вселенной?
Учёные намерены опубликовать детали своего исследования в июльском выпуске журнала «Physical Review Letters».
Учёные Калифорнийского университета в Сан-Диего измерили изменения в поляризованных микроволнах, исходящих от космического микроволнового фонового излучения (КМФИ) — реликтового излучения — ранней Вселенной. Также как поляризованный свет (световые волны, электромагнитные колебания которого распространяются только в одном направлении. Они при образуются, например, за счет рассеивания видимого света о поверхность океана), поляризованные микроволны «В-режима», обнаруженные учёными, образовались, когда КМФИ от ранней Вселенной рассеивалось о электроны спустя 380 тысяч лет после Большого Взрыва, то есть, когда космическое пространство охладилось достаточно для того, чтобы протоны и электроны могли объединяться в атомы.
Астрономы надеялись, что уникальная «подпись» поляризации «В-режима» от раннего космоса позволит им эффективно «видеть» части Вселенной, которые недоступны для оптических телескопов, так как гравитация от более плотных частей Вселенной выполняет роль буксира для поляризованного света, немного отклоняя его во время «путешествия» к Земле. Посредством процесса, получившего название «слабое гравитационное линзирование», искажение в структуре поляризации «В-режима», как думали астрономы, позволит им составить карту Вселенной, заполненной невидимой «темной материей» и «темной энергией», а также протестировать Общую теорию относительности в космологических масштабах.
Недавнее открытие подтверждает обе догадки. Измеряя данные о поляризации КМФИ, предоставленные POLARBEAR (сотрудничеством астрономов, работающих над телескопом в высотной пустыне северной части Чили, который специально разработан для идентификации поляризации «В-режима»), астрофизики из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили эффект слабого гравитационного линзирования в своих данных, что, по их мнению, позволит астрономам создать детализированные карты структуры Вселенной, ограничить оценки массы нейтрино и протестировать Общую теорию относительности.
По словам автора научной публикации, аспиранта кафедры физики Калифорнийское университета в Сан-Диего Chang Feng, который вместе с Brian Keating — одним из руководителей эксперимента POLARBEAR — проводил исследования, впервые за всю историю астрономических наблюдений удалось выполнить подобного рода измерения посредством данных о поляризации КМФИ.
Впервые удалось провести прямое измерение линзирования поляризации КМФИ, отмечет Feng. По его словам, самое удивительное то, что выполненные расчеты полностью соответствует «предсказаниям» Общей теории относительности. Благодаря этому учёные могут проверить Общую теорию относительности в космологических масштабах, подытоживает исследователь.
Один из самых важных вопросов в физике, который может быть разрешён благодаря этим данным, связан с массой слабо взаимодействующего нейтрино, у которого, как полагали учёные, вообще нет массы. Тем не менее результаты исследования указывают на то, что масса нейтрино ниже 1,5 электрон-вольт. По словам Feng, данных о поляризации «В-режима», полученных в ходе его исследования, недостаточно для того, чтобы делать громкие заявления о массе нейтрино. В течение следующего года, он и Keating намерены проанализировать как можно больше данных от POLARBEAR и его «преемника» — Simons Array, дабы удостоверить в правильности расчетов определения массы нейтрино.
Feng, подытоживает, что это исследование — всего первый шаг к использованию поляризации линзирования в качестве инструмента для измерения массы, лабораторией для которой выступает целая Вселенная.
