Kozmolozi s Kalifornijskog tehnološkog instituta upotrijebili su promatranja koja se vraćaju u daleku epohu svemira kada su se atomi prvi put formirali kako bi otkrili kretanja među sjemenima koja su stvorila nakupine galaksija. Novi rezultati pokazuju gibanje primordijalne materije na putu ka formiranju galaksijskih klastera i superklastera. Promatranja su dobivena instrumentom visokim u čileanskim Andama poznatim kao Kozmički pozadinski imager (CBI), i pružaju novo pouzdanje u točnost standardnog modela ranog svemira u kojem je naglo inflacija nastupila nakratko nakon Velikog praska ,
Novo obilježje ovih polarizacijskih promatranja je to što oni direktno otkrivaju sjeme nakupina galaksija i njihove pokrete dok su nastavili formirati prve nakupine galaksija.
Izvještavajući u internetskom izdanju Science Expressa od 7. listopada, profesoru astronomije Caltech-a i glavnom istraživaču projekta CBI, Anthonyu Readheadu i njegovom timu kažu da novi rezultati polarizacije pružaju snažnu potporu standardnom modelu svemira kao mjesta na kojem tamna tvar i tamna energija mnogo su češći od svakodnevne materije kao što je znamo, što predstavlja veliki problem fizike. Dokument koji opisuje promatranja ranih polarizacijskih stanja s CBI-om podan je Astrofizičkom časopisu.
Kozmička pozadina koju promatra CBI potječe iz ere samo 400.000 godina nakon Velikog praska i pruža mnoštvo informacija o prirodi svemira. U ovoj udaljenoj epohi nije postojala nijedna poznata struktura svemira - nije bilo galaksija, zvijezda ili planeta. Umjesto toga, postojale su samo male fluktuacije gustoće, a to su bile sjemenke iz kojih su se galaksije i zvijezde formirale pod rukom gravitacije.
Instrumenti prije CBI uočili su fluktuacije na velikim kutnim skalama, što odgovara masi mnogo većoj od superklastera galaksija. Visoka razlučivost CBI omogućila je da se sjeme struktura koje uočavamo oko nas u časopisu Space prvi put primijeti u siječnju 2000.
Svemir koji se širi ohladio se i 400 000 godina nakon Velikog praska bilo je dovoljno cool da su se elektroni i protoni mogli kombinirati da tvore atome. Prije toga fotoni nisu mogli putovati daleko prije sudaranja s elektronom, a svemir je bio poput guste magle, ali u ovom je trenutku svemir postao proziran i od tada su fotoni slobodno strujali svemirom da bi danas stigli do naših teleskopa, 13,8 milijardi godina kasnije. Stoga promatranje pozadine mikrovalne daje snimku svemira, koliko je bilo samo 400.000 godina nakon Velikog praska - mnogo prije stvaranja prvih galaksija, zvijezda i planeta.
Nove je podatke prikupio CBI između rujna 2002. i svibnja 2004., a oni pokrivaju četiri plohe neba, obuhvaćajući ukupnu površinu tristostruku veličinu mjeseca i prikazujući sitne detalje samo djelić veličine mjeseca. Novi se rezultati temelje na svojstvu svjetlosti koje se naziva polarizacija. Ovo je svojstvo koje se može lako pokazati paru polarizirajućih sunčanih naočala. Ako neko pogleda svjetlo odbijeno s jezerca kroz takve sunčane naočale, a zatim rotira sunčane naočale, vidi se kako se reflektirajuća svjetlost mijenja u svjetlini. To je zato što je reflektirana svjetlost polarizirana, a polarizirajuće sunčane naočale samo prenose svjetlost čija je polarizacija pravilno usklađena s naočalama. CBI tako picer odabire polariziranu svjetlost, a detalji te svjetlosti otkrivaju kretanje sjemena galaksije.
U ukupnom intenzitetu vidimo niz vrhova i dolina, na kojima su vrhovi sukcesivna harmonika temeljnog „tona“. U polariziranoj emisiji također vidimo niz vrhova i dolina, ali vrhovi polarizirane emisije podudaraju se s dolinama u ukupnom intenzitetu i obrnuto. Drugim riječima, polarizirana emisija je točno izvan koraka s ukupnim intenzitetom. Ovo svojstvo polarizirane emisije izvan koraka s ukupnim intenzitetom ukazuje na to da polarizirana emisija proizlazi iz gibanja materijala.
Prvo otkrivanje polarizirane emisije pomoću stupnjevanog interferometra za stupnjevanje kutova (DASI), sestrinski projekt CBI-ja, 2002. godine pružilo je dramatične dokaze kretanja u ranom svemiru, kao što su to učinila i mjerenja Wilkinson-ovom mikrovalnom anizotropijskom sondom (WMAP) 2003. godine CBI rezultati objavljeni danas značajno povećavaju ova ranija otkrića direktno pokazujući, i na malim skalama koje odgovaraju galaksijskim klasterima, da je polarizirana emisija izvan stepena ukupnog intenziteta.
Ostale podatke o polarizaciji kozmičke mikrovalne pozadine objavio je prije samo dva tjedna tim DASI, čija tri godine rezultata pokazuju dodatne uvjerljive dokaze da je polarizacija doista posljedica kozmičke pozadine i da nije zagađena zračenjem iz Mliječnog puta. Rezultati ova dva sestrinska projekta stoga se lijepo nadopunjuju, kao što je to bila namjera Readhead-a i Johna Carlstroma, glavnih istraživača DASI-ja i suautora na CBI papiru, kada su planirali ta dva instrumenta prije desetljeća.
Prema Readheadu, "Fizika nema zadovoljavajuće objašnjenje za tamnu energiju koja vlada u svemiru. Ovaj problem predstavlja najozbiljniji izazov za osnovnu fiziku od kvantne i relativističke revolucije prije jednog stoljeća. Uspjesi ovih polarizacijskih eksperimenata daju povjerenje u našu sposobnost da istražimo sitne detalje polarizirane kozmičke pozadine, što će na kraju baciti svjetlost na prirodu ove tamne energije. "
"Uspjeh ovih polarizacijskih eksperimenata otvorio je novi prozor za istraživanje svemira što nam može omogućiti da istražimo prve trenutke svemira kroz promatranje gravitacijskih valova iz epohe inflacije", kaže Carlstrom.
Analiza podataka CBI provodi se u suradnji s grupama Nacionalnog opservatorija za radio astronomiju (NRAO) i na Kanadskom institutu za teorijsku astrofiziku (CITA).
"Ovo je doista uzbudljivo vrijeme u kosmološkim istraživanjima, s izvanrednom konvergencijom teorije i promatranja, svemirom punim misterija poput tamne materije i tamne energije i fantastičnim nizom novih tehnologija - ovdje postoji ogroman potencijal za temeljna otkrića." kaže Steve Myers iz NRAO-a, suautor i ključni član CBI tima od njegovog osnutka.
Prema Richardu Bondu, direktoru CITA-e i koautoru ovog rada, „Kao teoretičar u ranim osamdesetima, kad smo prvi put pokazali da će veličina kozmičke mikrovalne pozadinske polarizacije vjerojatno biti faktor stotine sila snage od minutne promjene temperature koje su i sami herojski nastojali otkriti, činilo se poželjnim misleći da će se čak i u nekoj dalekoj budućnosti takvi minutni signali otkriti. S ovim polarizacijskim otkrivanjem, poželjeno je postalo stvarnost, zahvaljujući izvanrednom tehnološkom napretku u eksperimentima kao što je CBI. U CITA-u je bila naša privilegija biti u potpunosti angažirani kao članovi CBI tima u otkrivanju tih signala i tumačenju njihovog kozmološkog značaja za ono što se pojavilo kao standardni model stvaranja i evolucije kozmičke strukture. "
Sljedeći korak za Readhead i njegov CBI tim bit će značajno poboljšati ta polarizirana opažanja uzimajući više podataka i testirati je li polarizirana emisija potpuno izvan koraka s ukupnim intenzitetom s ciljem pronalaska nekih tragova prirode tamne materije i tamne energije.
CBI je mikrovalna teleskopska mreža koja se sastoji od 13 zasebnih antena, promjera oko tri i djeluju u 10 frekvencijskih kanala, postavljenih usklađeno, tako da cjelokupni instrumenti djeluju kao skup od 780 interferometra. CBI se nalazi na Llano de Chajnantoru, visokoj visoravni u Čileu, visokoj 16.800 stopa, što ga čini daleko najsavremenijim znanstvenim instrumentom ikad korištenim na tako velikim visinama. Teleskop je zapravo toliko visok da članovi znanstvenog tima moraju nositi kisik u bocama da bi obavljali posao.
Nadogradnja CBI-ja na sposobnost polarizacije bila je podržana velikodušnom donacijom Operativnog instituta Kavli, a projekt je ujedno i zahvalan primatelj kontinuirane podrške Barbare i Stanleya Rawn-a. CBI također podržava Nacionalna zaklada za znanost, Kalifornijski tehnološki institut i Kanadski institut za napredna istraživanja, a također su dobili velikodušnu podršku Maxine i Ronalda Lindea, Cecila i Sally Drinkward, te Kavli instituta za kozmološku fiziku na Sveučilištu u Chicagu.
Pored gore spomenutih znanstvenika, današnjim časopisom Science Express zajednički su autori C. Contaldi i J. L. Sievers iz CITA, J.K. Cartwright i S. Padin, Caltech i Sveučilište u Chicagu; B. S. Mason i M. Pospieszalski iz NRAO-a; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus i J. May sa Sveučilišta u Čileu; C. Dickinson, J. Kovač, T. J. Pearson i M. Shepherd iz Caltech-a; W. Holzapfel iz UC Berkeley; E. M. Leitch i C. Pryke sa Sveučilišta u Chicagu; D. Pogosyan sa Sveučilišta u Torontu i Sveučilišta Alberta; i R. Bustos, R. Reeves i S. Torres sa Sveučilišta Concepci? n, Čile.
Izvorni izvor: Caltech News Release
