Космологические гравитационные волны дают новый подход к Большому взрыву
Действующие обсерватории по всему миру нацелены на области неба, характеризующиеся низким загрязнением галактическим излучением, в поисках отпечатков космологических гравитационных волн (КГВ), возникших во время инфляции, загадочной фазы квазиэкспоненциального расширения пространства в очень ранней Вселенной. Новое исследование, проведенное коллаборацией POLARBEAR под руководством SISSA в части, касающейся интерпретации космологии и опубликованной в Astrophysical Journal, предлагает новый алгоритм коррекции, который позволяет исследователям почти удвоить объем надежных данных, полученных в таких обсерваториях, тем самым предоставляя доступ на неизведанную территорию сигнала, производимого CGW и приближающего нас к Большому Взрыву.
Визуализация суперкомпьютерной симуляции слияния черных дыр, испускающих гравитационные волны. Предоставлено: НАСА/C. Хенце
«Согласно современным представлениям в космологии, сразу после Большого взрыва Вселенная была очень маленькой, плотной и горячей. За 10-35 секунд она растянулась в 10 30 раз », — Карло Бачигалупи, координатор группы астрофизики и космологии. в SISSA, объясняет. «Этот процесс, известный как инфляция, породил космологические гравитационные волны (CGW), которые можно обнаружить по поляризации космического микроволнового фона (CMB), остаточного излучения Большого взрыва. Эксперимент POLARBEAR, частью которого является SISSA, выглядит для таких сигналов с помощью телескопа Хуан Тран в пустыне Атакама на севере Чили в регионе Антофагаста».
Анализ данных, полученных обсерваторией POLARBEAR, представляет собой сложный конвейер, где надежность измерений представляет собой наиболее тонкий и ключевой фактор. «CGW возбуждают лишь небольшую часть поляризационного сигнала реликтового излучения, более известного как B-моды», — объясняют Николетта Крачмальников, исследователь из SISSA, и Давиде Полетти, ранее работавший в том же институте. «Их очень трудно измерить, в частности, из-за загрязнения сигнала из-за выбросов диффузного галактического газа. Это должно быть удалено с исключительной точностью, чтобы выделить уникальный вклад CGW».
За последние два года Анто. И. Лонаппан, доктор философии студент SISSA и Сатору Такакура из Университета Боулдера в Колорадо характеризуют качество расширенного набора данных, полученного в результате сотрудничества POLARBEAR, отслеживая все известные инструментальные и физические погрешности и систематику. «Мы внедрили алгоритм, который присваивает точность измерениям в «Большом пятне», области, простирающейся примерно на 670 квадратных градусов в южном небесном полушарии, где наш эхолот показывает данные, согласующиеся с другими зондами, ищущими в том же месте, такими как массив BICEP2/Keck, расположенный на Южном полюсе», — объясняют они. Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal.
«Это веха на долгом пути к наблюдению CGW. Новый подход позволяет нам исследовать небо с беспрецедентной точностью, удваивая количество надежных данных и, следовательно, доступной информации. Это важный шаг для все сообщество теперь, когда новые телескопы готовятся к работе», — добавляют ученые.
На подходе большие разработки с экспериментальной точки зрения. Система из трех модернизированных телескопов POLARBEAR, известная как массив Саймонса, находится в стадии подготовки. Обсерватория Саймонса, новая система телескопов с малой и большой апертурой, финансируемая Фондом Саймонса, будет работать из близлежащего места в Атакаме, а первый свет появится в 2023 году. Позже в этом десятилетии будет запущен спутник LiteBIRD, и расширенная сеть наземных обсерваторий, объекты которых в пустыне Атакама и на Южном полюсе, известные как «Этап IV», дополнят эти наблюдения.
«Все эти усилия приведут к окончательному измерению CGW, раскрывая в то же время самые важные подсказки о космологических компонентах темной энергии и материи», — заключает Бачигалупи. «Благодаря основной миссии SISSA как школы докторантуры, подготовке студентов к тому, чтобы они стали молодыми исследователями, наш институт вносит и будет вносить значительный вклад в решение основных современных задач физики, таких как нынешняя, нацеленная на гравитационные волны из крошечной части секунды после Большого Взрыва».
