Космологічні гравітаційні хвилі: розроблено новий підхід до Великого вибуху
Працюючі обсерваторії по всьому світу націлені на області неба, що характеризуються низьким забрудненням від галактичного випромінювання, у пошуках відбитків космологічних гравітаційних хвиль (КГВ), народжених під час інфляції – загадкової фази квазіекспоненційного розширення простору в ранньому Всесвіті. Нове дослідження колаборації POLARBEAR, очолюваної SISSA надає новий алгоритм корекції, який дозволяє дослідникам майже вдвічі збільшити кількість достовірних даних, отриманих в таких обсерваторіях, тим самим відкриваючи доступ до незвіданої території сигналу, виробленого КГВ, до Великого вибуху.
«Згідно з поточним розумінням, відразу після Великого вибуху Всесвіт був дуже маленьким, щільним і гарячим. За 10-35 секунд він розширився в 1030 разів», – пояснює Карло Бачігалупі, координатор групи астрофізики та космології у SISSA. «Цей процес, відомий як інфляція, породив космологічні гравітаційні хвилі, які можна виявити з поляризації космічного мікрохвильового фону, що залишився після Великого вибуху. Експеримент POLARBEAR шукає такі сигнали за допомогою телескопа Хуан Тран у пустелі Атакама на півночі Чилі у регіоні Антофагаста».
Аналіз даних, отриманих обсерваторією POLARBEAR, є складним процесом, в якому надійність вимірювань є ключовим фактором.
Упродовж останніх двох років Анто Лонаппан, аспірант SISSA, та Сатору Такакура з Університету Боулдера, штат Колорадо, характеризували якість розширеного набору даних колаборації POLARBEAR, відстежуючи всі відомі інструментальні та фізичні невизначеності та систематику. «Ми впровадили алгоритм, який визначає точність вимірювань у «великій плямі» – області, що сягає приблизно 670 квадратних градусів у Південній небесній півкулі, де наш зонд виявляє дані, що узгоджуються з даними інших зондів, що спостерігають у тому ж місці, таких як BICEP2/Keck Array розташований на Південному полюсі», – пояснюють вони.
На підході великі розробки з експериментальної точки зору. Готується система трьох модернізованих телескопів POLARBEAR, відома як масив Саймонса. Обсерваторія Саймонса, нова система телескопів з малою і великою апертурою, почне функціонувати поблизу, в Атакамі, у 2023 році. Пізніше цього десятиліття полетить супутник LiteBIRD, а розширена мережа наземних обсерваторій, розташованих у пустелі Атакама і Південному полюсі, відома як «Стадія IV», доповнить ці спостереження.
«Усі ці зусилля призведуть до остаточного виміру КГВ, відкриваючи водночас найважливіші відомості про космологічні компоненти темної енергії та матерії», – робить висновок Бачігалупі. «Завдяки основній місії SISSA як аспірантурі, яка готує студентів до роботи в якості молодих дослідників, наш інститут робить і робитиме значний внесок у вирішення основних сучасних завдань фізики, як, наприклад, нинішня, спрямована на вивчення гравітаційних хвиль через крихітну частку секунди після Великого вибуху».
