Первый свет во Вселенной путешествовал через космос с момента сразу после Большого взрыва. Этот свет, известный как космическое микроволновое фоновое излучение, невидим для человеческого глаза. Однако если учёные могут уловить его с помощью сверхчувствительных детекторов, это может рассказать нам о том, как формировалась и развивалась наша Вселенная.
Непревзойдённо чувствительные измерения
Исследователи опубликовали беспрецедентно чувствительные измерения космического микроволнового фона, полученные за два года наблюдений с помощью модернизированной камеры на телескопе Южного полюса. Телескоп, расположенный на станции Амундсена-Скотта на Южном полюсе, финансируется Национальным научным фондом и Министерством энергетики США. Он был разработан специально для картирования очень слабого света от микроволнового фона.
Результаты, опубликованные 25 июня, впечатляют — точность в деталях космического микроволнового фона превосходит все предыдущие измерения, даже те, что были сделаны из космоса. В сочетании с данными других наземных телескопов это даёт новый эталон для ограничения возможных ответов на основные вопросы о Вселенной.
Важный шаг вперёд
«Это переломный момент для космологии космического микроволнового фона», — сказал Том Кроуфорд, заместитель директора телескопа Южного полюса и профессор-исследователь в Чикагском университете. «Он открывает новую эру, в которой наше понимание Вселенной будет в значительной степени продвигаться благодаря наземным экспериментам с космическим микроволновым фоном».
Новые данные предлагают перекрёстную проверку нашей фундаментальной модели Вселенной. По мере публикации дополнительных данных они будут уточнять несколько тестов основных нерешённых вопросов космологии, таких как природа тёмной энергии и скорость расширения Вселенной.
Космическое микроволновое фоновое излучение
Космическое микроволновое фоновое излучение, иногда называемое послесвечением Большого взрыва, возникло более 13 миллиардов лет назад, в период сразу после формирования нашей Вселенной. Это делает его невероятно богатым источником информации — если его можно уловить, конечно.
Этот свет чрезвычайно слаб, а вариации в нём ещё слабее. Чтобы иметь хотя бы шанс уловить его, нужны очень ясное небо и идеально сухие условия наблюдения, которые можно найти в Антарктиде.
Телескоп Южного полюса
Телескоп Южного полюса, управляемый группой учёных под руководством Чикагского университета, картирует этот свет с 2007 года. За эти годы в телескопе было установлено несколько камер, но последняя, известная как SPT-3G, имеет на порядок больше детекторов, чем предыдущие версии. Данные для новейшего результата были получены в 2019 и 2020 годах и представляют собой первые два года наблюдений SPT-3G в полную силу. Они охватывают примерно 1/25 часть неба, отображая её более детально, чем любые другие измерения такого рода.
Ограничения и аномалии
Одним из основных применений этих данных является установление ограничений на множество возможных ответов на наши вопросы о Вселенной, таких как её формирование и фундаментальные законы, управляющие её эволюцией. Данные, предоставленные космическим микроволновым фоном, помогают определить направление поиска для создания единой картины.
Текущей лучшей моделью, объясняющей формирование космоса, является Lambda-CDM. Однако недавние исследования дали нам намёки на то, что Lambda-CDM может быть не всей картиной. Также продолжаются дебаты о скорости расширения Вселенной, известной как «напряжение Хаббла», что может иметь значительные последствия для нашего понимания Вселенной.
Новые ограничения, полученные с помощью телескопа Южного полюса, опубликованные в статье под руководством Этьена Кампхуиса, постдокторанта в команде Сильвы Галли в Институте астрофизики в Париже/CNRS Terre et Univers, и Вэй Цюань (Ph.D.’24) из Аргоннской национальной лаборатории, значительно уточняют эту картину.
Заключение
«Если действительно есть отклонение от стандартной модели, мы сможем увидеть его гораздо сильнее с помощью этих предстоящих наборов данных», — сказал Цюань. «Если это реальный сигнал, он будет усилен».
Ранее золотым стандартом для измерений космического микроволнового фона были данные со спутника Planck, полученные более десяти лет назад. Теперь новые данные с телескопа Южного полюса, в сочетании с данными с космологического телескопа Атакама в Чили, устанавливают новый стандарт — момент, которого многие в этой области ждали, говорят учёные.