Без малого 14 миллиардов лет тому назад, Вселенная начала стремительно развиваться. Согласно общепринятой космологической модели, расширение Вселенной, до которого она пребывала в сингулярном состоянии, началось с Большого взрыва. За тысячную долю секунду Вселенная расширилась по экспоненте, простираясь далеко за пределы досягаемости самых лучших наземных телескопов. Всё это, впрочем, всего лишь теория.
Научно-исследовательский коллектив радиотелескопа «BICEP2», установленного на Южном полюсе, 17 марта 2014 года объявил о обнаружении первых прямых доказательств этой космической инфляции. Собранные исследователями данные включают первые изображения гравитационных волн, часто называемых «рябью» пространства-времени. Эти волны были описаны как «первые сотрясения Большого взрыва». Мировое научное сообщество ликует, так как впервые получены данные, подтверждающие прочную взаимосвязь между Общей теорией относительности Альберта Эйнштейна и квантовой механикой.
По словам John Kovac из Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, возглавляющего исследовательскую группу, обнаружение этого сигнала является одной из наиболее важных космологических целей на сегодняшний день. Он отмечает, что только колоссальная работа очень многих людей позволила сделать это открытие.
Эти инновационные результаты были получены по итогам исследований космического микроволнового фонового излучения (КМФИ), проводимых посредством «BICEP2». КМФИ, больше известное как реликтовое излучение –это слабое послесвечение Большого взрыва. Чрезвычайно слабые колебания в космическом микроволновом фоновом излучении служат ключом к пониманию условий в ранней Вселенной. Например, незначительные отличия в температуре различных областей звездного неба демонстрируют, какие части Вселенной изначально были более плотными и в последствии уплотнились в галактики и их скопления.
Ввиду того, что реликтовое излучение – это форма света, оно характеризуются абсолютно всеми световыми свойствами. На нашей планете излучение от Солнца рассеивается атмосферой и становится поляризованным, именно поэтому поляризованные очки позволяют уменьшить яркий свет. В космическом пространстве реликтовое излучение рассеивается и поляризуется непосредственно атомами и электронами.
По словам Jamie Bock из Caltech/JPL, принимавшего участие в исследованиях, команда учёных «охотилась» на особый тип поляризации, известный как «В-режим», который представляет собой витиеватые «завитки» в поляризованном дневном свете.
Гравитационные волны по мере прохождения через космическое пространство, «сдавливают» его – именно это сжатие оставляет характерные следы в космическом микроволновом фоне. Гравитационные волны, как и световые, характеризуются «хиральностью» — отсутствием симметрии относительно левой или правой стороны.
По словам Chao-Lin Kuo из Stanford/SLAC, вихри «В-режима» -это уникальная подпись гравитационных волн, обусловленная их хиральностью. Он отмечает, что учёным удалось получить первое прямое изображение гравитационных волн.
Команда учёных исследовала несколько участков неба, охватывающих примерно 1-5 градусов (в 2-10 раз превышающих размеры полной Луны). С этой целью исследователям пришлось отправится на Южный полюс, характеризующийся холодным, сухим и безветренным воздухом.
Как объясняет Kovac, Южный полюс – это одно из самых сухих и самых ясных мест на нашей планете, что делает его безупречным местом для наблюдений за космическим микроволновым фоновым излучением от Большого взрыва.
Учёные были удивлены, когда обнаружили сигналы поляризации «В-режима», которые оказались намного сильнее, нежели предполагали космологи. Команда занималась анализом этих данных на протяжении более 3-х лет, дабы исключить какие-либо ошибки. Они даже допускали, что наблюдаемые ими сигналы создаются пылевыми частицами, содержащимися в Млечном пути, однако более детализированный анализ показал, что это маловероятно.
По словам Clem Pryke и University of Minnesota, команда думала, что их поиски будут походить на поиски иголки в стоге сена. Они чрезвычайно рады тому, что все оказалось намного проще.
Учёный-теоретик Avi Loeb из Гарвардского университета подытоживает, что это исследование дает учёным новую почву для размышлений над такими фундаментальными вопросами: Как зародилась Вселенная? Почему мы существует? Полученные результаты не только служат доказательством космической инфляции, но и указывают на то, когда началось расширение Вселенной и насколько сильный этот процесс.
