Вчера астрономы объявили, что ими получено первое прямое доказательство того, что во время космической инфляции через Вселенную проходят гравитационные волны. Это первое весомое подтверждение теории космической инфляции, согласно которой за долю секунды во время Большого взрыва Вселенная расширилась в 100 триллионов раз.
Эти выводы были сделаны с помощью разработанных по технологии NASA датчиков, установленных на телескопе «BICEP2», расположенном на Южном полюсе. Разработка датчиков проводились в сотрудничестве с Национальным научным фондом (National Science Foundation).
По словам Paul Hertz, руководителя Департамента астрофизика NASA, комбинируя данные от инновационных датчиков, установленных на наземных телескопах, с данными полученными во время воздушных экспериментов, инженеры создают технологии для выполнения задач космических миссий, направленных на новые открытия во Вселенной.
Наша Вселенная взорвалась во время события, получившего название Большой взрыв, 13,8 млрд. лет тому назад. Спустя несколько секунд, разоравшееся космическое пространство начало расширяться. Этот процесс получил название космическая инфляция. Ключевые признаки этого раннего этапа в истории нашей Вселенной оставили своих «отпечатки» в виде специфического послесвечения, названного космическим микроволновым фоном. Недавно эта теория возникновения и эволюции Вселенной была очередной раз подтверждена данными космического аппарата ESA «Planck», оборудованного датчиками и системой охлаждения, разработанными инженерами NASA.
Однако несмотря на это, исследователи уже давно искали более однозначные доказательства того, что космическая инфляция представлена в виде гравитационных волн, которые то сжимают, то растягивают космическое пространство.
По словам Jamie Bock из Лаборатории реактивного движения, специалисты которой занимались разработкой технологии датчиков «BICEP2», маленькие квантовые колебания были усилены до огромных размеров инфляционным расширением Вселенной. Учёным известно, что в ходе данного процесса образуется другой тип волн, так называемые «волны плотности», однако исследователи не оступались от идеи идентифицировать именно гравитационные волны, отмечает Bock.
Гравитационные волны производят отличительные вихреобразные структуры в поляризованном свете, получившие название сигналы «В-режима» поляризации. Свет может становиться поляризованным, рассеиваясь о такие поверхности, как водоемы или автомобили. В случае с световом космического микроволнового фона, он становится поляризованным за счет рассеивания об электроны.
Команда «BICEP2» поставила перед собой цель обнаружить поляризацию «В-режима», задействовав многих экспертов в этой области и специалистов по разработке революционных технологий. Исследователям оказывали помощь специалисты Калифорнийского технологического университета, Лаборатории реактивного движения, Стэнфордского университета, Гарвардского университета и университета Миннесоты.
В ходе экспериментов, проводимых с 2006 года, команда смогла обнаружить убедительные доказательства сигналов «В-режима», подтверждающие наличие гравитационных волн. Ключом к успеху было использование новых датчиков сверхпроводимости. Сверхпроводники – это материалы, которые во время охлаждения позволяют электрическому току свободно течь, то есть при нулевом сопротивлении.
По словам Anthony Turner, который специализируется на создании таких устройств с помощью специализированого оборудования и микроприборов Лаборатории реактивного движения, технология комбинирует свойства сверхпроводимости с крошечными структурами, которые можно увидеть только лишь в микроскоп. Эти устройства создаются с использованием такого же процесса микрообработки, что и во время создания датчиков для мобильных телефонов и Wii-контроллеров.
Сигнал «В-режима» чрезвычайно слаб. Дабы добиться необходимой для обнаружения сигнала поляризации чувствительности, Bock и Turner разработали множество датчиков, родственных пикселям современных цифровых фотоаппаратов, но с дополнительной способностью идентифицировать поляризацию. Система датчиков работает при температуре 0,25 К (0,45 С).
«BICEP2» был оборудован 512 датчиками, которые ускорили наблюдения за космическим микроволновым фоном более чем в 10 раз в сравнении с предыдущими исследованиями. В рамках нового эксперимента, проводились исследования с использованием 2560 датчиков.
Эти и будущие эксперименты не только позволяют подтвердить, что расширение Вселенной происходило молниеносно, но и установить детали того, как именно это происходило.
Результаты этого исследования были представлены в журнале «Nature».
