Учёные антарктической станции Амундсен-Скотт при помощи 10-метрового телескопа South Pole Telescope впервые в истории астрономических наблюдений обнаружили тонкий изгиб (искажение) в самом древнем свете во Вселенной, что может стать ключом к разгадке тайн о самых ранних этапах её формирования.
Учёные наблюдали за эффектом преломления в поляризации космического микроволнового фона, так называемого реликтового излучения – света, который взаимодействовал с материей на ранних этапах эволюции Вселенной, спустя менее чем через 400 тысяч лет после Большого взрыва. Ранее существовавшая исключительно в теории компонента реликтового излучения – «В-мода» — была обнаружена в режиме, известном как «магнитный» или В-режим, который в свою очередь обусловлен гравитационным линзирование – явлением, при котором некоторое массивное тело или даже система тел искажает своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения, подобно тому, как линза искривляет световой луч.
16 декабря журнал Physics World объявил это открытие одним из 10 лучших открытий в физике за 2013 год.
Заслуга открытия реликтового излучения в «В-режиме» принадлежит мультиорганизационной команде исследователей, возглавляемой профессором астрофизики и астрономии John Carlstrom из University of Chicago. Учёные объявили о своих результатах в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. При проведении исследований они использовали первые данные, полученные сверхчувствительной камерой поляризации телескопа South Pole Telescope, установленной в январе 2012 года.
По словам Carlstrom, который также является заместителем руководителя Kavli Institute for Cosmological Physics, обнаружение «В-моды» Телескопом Южного Полюса – является важной вехой, значимым техническим достижением, подтверждающим сложность и непредсказуемость физических явлений в космическом пространстве. Следует отметить, что наблюдение «В-моды» является крайне сложной задачей, поскольку учёным не известен уровень шума для этой компоненты, а также по причине того, что «В-мода» за счет гравитационного линзирования имеет свойство соединяться с более сильно «Е-модой», которая проявляется во время прохождения излучения сквозь плазму неоднородной структуры в результате томпсоновского рассеивания.
Космический микроволновой фон – это огромное множество фотонов (световых частиц), оставшихся после Большого Взрыва, которые пронизывают всё космическое пространство при температуре – 270 С, что всего на 3 выше абсолютного нуля. Измерения этого древнего излучения предоставили физикам очень много информации и свойствах Вселенной. Крошечные колебания температуры света были тщательно проанализированы в ходе нескольких экспериментов, благодаря чему учёные смогли получить ещё больше информации о поляризованном свете.
Свет поляризуется, когда его электромагнитные волны преимущественно ориентированы в одном направлении. Свет от космического микроволнового излучения поляризуется главным образом из-за рассеивания фотонов, испускаемых электронами в ранней Вселенной посредством такого же процесса, которым поляризуется свет, отражаемый от поверхности озера или капота автомобиля.
Вторую составляющую поляризованного реликтового излучения – «Е-моду», которую, как оказалось, намного проще идентифицировать, нежели более слабую «В-моду», впервые удалось измерить примерно 10 лет тому назад. Тогда исследователи использовали Degree Angular Scale Interferometer.
Простое рассевание не может генерировать «В-моду», для этого необходим более сложный процесс. Учёные давно предполагали, что именно гравитационное линзирование может «перекручивать» «Е-моду» в «В-моду», поскольку фотоны на своём пути к Земле проходят мимо галактик и прочих массивных объектов. Как оказалось, предположения учёных полностью подтвердились.
Чтобы идентифицировать «В-моду», учёные использовали ранее составленную карту распределения массы во Вселенной, дабы определить, где именно может происходить гравитационное линзирование.
Детализированное изучение реликтового излучения, проявляющегося в «В-режиме» позволит физикам намного лучше понять Вселенную. Компоненты могут использоваться для того, чтобы спрогнозировать распределение массы и тем самым более точно определить космологические свойства, например, нейтрино – крошечных элементарных частиц, распространённых по всему космическому пространству.
Учёные в конечном итоге пришли к выводу, что реликтовое излучение «В-режима» возникло на самом раннем этапе существования Вселенной, в так называемой фазе «инфляции», которая предшествовала Большому Взрыву. Исследователи предполагают, что скорость расширения Вселенной превышала скорость света и буквально за доли секунда ей удалось более чем в 100, а то и тысячу раз увеличиться в размерах.
