1 ноября 2021

Учёные пытаются искать следы первичных гравитационных волн

Стандартная модель космологии - это удивительно мощное и точное описание Вселенной, прослеживающее ее эволюцию от большого взрыва до ее нынешнего состояния, но она не лишена загадок. Один из самых больших нерешенных вопросов стандартной модели известен как ранняя космическая инфляция.

Идея заключается в том, что в самые ранние моменты после большого взрыва Вселенная интенсивно расширялась. Пространственные расстояния порядка нанометра расширились до более чем 10 световых лет за крошечную долю секунды. Это дикая идея, но она широко принята среди космологов. Во-первых, мы знаем, что космическое расширение реально, потому что мы наблюдаем его в текущей вселенной. Во-вторых, раннее космическое расширение объяснило бы три важных факта о Вселенной. Наблюдается, что он пространственно плоский в больших масштабах, его фоновая температура чрезвычайно однородна, и мы не наблюдали какой-либо странной физики, такой как магнитные монополи.

Но только потому, что модель имеет смысл, это не делает ее истинной. Хотя раннее космическое расширение имеет большую теоретическую поддержку, в настоящее время нет никакого наблюдательного подтверждения этого. Найти наблюдения, подтверждающие это, оказалось чрезвычайно трудно. Настолько сложно, что несколько лет назад одно крупное исследование, известное как BICEP2, вызвало некоторые споры.

BICEP - это телескоп в Антарктиде, который наблюдает свет от космического микроволнового фона. Свет от космического фона поляризован, что означает, что он имеет ориентацию. В больших масштабах эта поляризация может принимать две формы: поляризацию в режиме E и поляризацию в режиме B. BICEP ищет поляризацию В-mode, потому что это режим, который может быть вызван первичными гравитационными волнами, вызванными ранним космическим расширением. Согласно теории, ранний всплеск инфляции был подобен звону космического колокола, и его гравитационные волны все еще эхом разносятся по Вселенной. Эти волны могут скручивать поляризованный свет в ориентацию В-режима.

Проблема в том, что поляризация В также может быть вызвана другими эффектами, такими как гравитационное линзирование и межзвездная пыль. В 2014 году BICEP2 объявил, что они обнаружили доказательства космической инфляции в режиме B, но затем им пришлось отказаться от своих заявлений, чтобы быть более осторожными. Результатом BICEP2 стало то, что результаты были неубедительными. Но были опубликованы новые результаты BICEP, и это немного обнадеживает.

В этой новой работе используются данные последних наблюдений BICEP, известных как BICEP3, а также наблюдения Планка, WMAP, Кека и BICEP2. Объединенные данные снижают уровень шума до уровня ниже уровня сигнала некоторых моделей. На этом уровне они не обнаружили поляризации в В режиме, которая не могла бы быть объяснена пылью или другими эффектами. Другими словами, они не видели никаких свидетельств существования первичных гравитационных волн. Это означает, что можно исключить широкий спектр так называемых “простых” моделей ранней космической инфляции. Если ранняя космическая инфляция действительно существует, ее эффект должен быть более тонким, чем мы думали.