Ученые-астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) сообщили о получении доказательств существования так называемых первичных B-модов (B-modes), одного из видов поляризации космического микроволнового фонового излучения (cosmic microwave background, CMB). Данное открытие имеет огромное значение для понимания людьми того, что происходило в самые первые моменты существования Вселенной, ведь вышеупомянутые B-моды являются исключительно следствием воздействия гравитационных волн, образовавшиеся в момент инфляционного периода развития Вселенной, который происходил приблизительно в промежутке времени от 10^-36 до 10^-32 секунды с момента Большого Взрыва. Более того, характеристики зарегистрированных учеными B-мод дают им представление о физических процессах, происходивших в вышеупомянутый промежуток времени, в которых были задействованы энергии на уровне 10^16 ГэВ, что более чем в триллион раз больше, чем энергия столкновений частиц в недрах Большого Адронного Коллайдера.
Данные, благодаря которым ученые сделали столь важное открытие, были получены в рамках проекта BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), главной задачей которого является изучение поляризации космического микроволнового фона и в котором задействован специальный телескоп, расположенный неподалеку от Южного полюса нашей планеты. К сожалению, изучение микроволнового космического фона не может быть проведено с высокой точностью в любом месте земного шара, этому препятствует интенсивное поглощение излучения парами воды, находящимися в воздухе. Поверхность близ Южного полюса, где располагается телескоп BICEP, находится на уровне 3000 метров выше уровня океана, а средняя температура в этом районе зимой колеблется возле отметки в -60 градусов по шкале Цельсия. Такие условия делают Южный полюс самым близким к космосу и самым сухим местом, идеально подходящим для наблюдений и измерений микроволнового фона. Телескоп BICEP, имеющий сто детекторов, обеспечивающих чувствительность в диапазоне от 100 до 150 ГГц, за счет идеальных условий может работать непрерывно в течение 24 часов семь дней в неделю, производя высокоточные измерения микроволнового фона и характеристик его поляризации.
B-моды определяют самую неравномерную часть всего образа поляризации космического фона. B-моды появляются в микроволновом космическом фоне в результате сложных процессов взаимодействия гравитационных волн, созданных в самый ранний момент существование Вселенной. Процесс инфляционного расширения преобразовывает возникающие кванты гравитационных колебаний, гравитоны, в длинноволновые гравитационные волны, которые и являются источниками возникновения B-мод.
В результате проведенных наблюдений оказалось, что B-моды, наблюдаемые в реальном микроволновом фоне, имеют более сильную амплитуду, чем дают простые математические модели, не учитывающие влияния первичных гравитационных волн. Полученное значение амплитуды B-мод указывает на то, что около 20 процентов первичных гравитационных возбуждений принимают форму квантов гравитационных колебаний, переходящих в форму гравитационных волн.
Следует отметить, что высокоточные измерения поляризации космического микроволнового фона пополнят знания людей не только в области гравитационных волн, эти данные являются настоящей «сокровищницей» и для других областей фундаментальной физики и космологии, таких, как прямое обнаружение гравитационных волн, прямое наблюдение за процессом расширения Вселенной, исследования процессов, оперирующих энергиями на уровне 10^16 ГэВ, исследования квантования гравитационного поля и изучение свойств симметрии квантовой гравитации.
Следует отметить, что ни один набор данных, полученный в ходе более ранних экспериментов и наблюдений любого плана, не содержал столь большого количества новой и полезной научной информации, нежели наблюдения телескопа BICEP. Правильная интерпретация учеными данных, собранных телескопом BICEP, может обеспечить прогресс в области фундаментальной физики минимум на следующие несколько десятилетий. Эти данные, уже позволившие найти ответы на некоторые вопросы, такие, как квантизация гравитации, позволят разработать новые методы, при помощи которых станет возможным изучение физики в масштабе планковской длины, что считалось ранее попросту невозможным.
Источник:
