A kozmikus extragalaktikus polarizáció háttérképe

Keck Array (balra) és BICEP2 (jobbra) az Amundsen-Scott állomáson, 2013

A kozmikus extragalaktikus polarizáció (BICEP) háttérképezése egy kísérlet a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) polarizációjának mérésére az Antarktiszon . A kísérlet különböző szakaszai mindegyik mikrohullámú antennából áll, polarizációra érzékeny bolométerekkel . A BICEP mellett a déli-sarki távcsövek rendszere magában foglalja a Keck tömböt is .

Építkezés

"Dark Sector Lab", tőle balra a Déli-sarki távcső

Félkövér tömb a MAPO 2011-ben

A kísérlet tartalmazta a BICEP1-et (2006 januárjától 2008 decemberéig működött, 98 detektorral) és a BICEP2-t (2010 januárjától 2012 decemberéig, 512 detektorral). A BICEP3 (2560 érzékelő) és a Keck Array 2015 óta működik (2011 óta kezdetben három, 2012 óta összesen öt, a BICEP2-ben használt típusú vevőegységgel, egyenként 512 érzékelővel). A BICEP távcső az Amundsen-Scott déli sarki állomástól nem messze , a Sötét Szektor Laboratóriumban található , ahol a déli sarki távcső is helyet kapott. A Keck tömb a szomszédos Martin A. Pomerantz Obszervatóriumon (MAPO) található. A déli égbolt körüli területet 95 (BICEP3) vagy 95, 150 és 220 GHz (Keck tömb) frekvencián figyeljük meg .

A Caltech és Jet Propulsion Laboratory , Cardiff University , a University of Chicago , a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ , a CEA Grenoble (Franciaország), a University of Minnesota , Stanford University , a University of California, San Diego vesznek részt (BICEP1, BICEP2), a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST), a British Columbia Egyetem és a Torontói Egyetem (Kanada, BICEP2, BICEP3, Keck Array) és a Case Western Reserve University (Keck Array).

A BICEP és a Keck Array vezető tudósai: John Kovac (Harvard Smithsonian Center), Jamie Bock (Caltech, Jet Propulsion Laboratory), Clem Pryke (Minnesotai Egyetem) és Chao-Lin Kuo (Stanford / SLAC).

Üzenet a kozmológiai infláció és a gravitációs hullámok BICEP általi megerősítéséről

A rendszereket kifejezetten arra tervezték, hogy felfedezzék az úgynevezett B-módot a CMB-ben, a gravitációs hullámjelek "visszhangját" a Kozmikus Gravitációs Hullám Háttérben (CGB) az univerzum korai inflációs szakaszától kezdve , amelynek nyomai vannak a polimerizáció eloszlásának mintázatában. A CMB, mint egy speciális "turbulencia komponens", amely hátrahagyott. A BICEP2 együttműködés 2014 márciusában jelentette be a B-mód felfedezését a CMB-ben. A B-mód az univerzum olyan eseményeinek aláírása, amelyek az inflációs periódusban az ősrobbanás után körülbelül ^10–31 másodpercig zajlottak, és így a világegyetem legkorábbi megtekintése. Maga a CMB az elektronok és protonok rekombinációjának idejéből származik, mintegy 380 000 évvel az ősrobbanás után, amikor a sugárzás és az anyag elválik egymástól. Az ős B-módok felfedezése volt a kozmológiai kutatások egyik fő célja. Ők adják az első képeket a gravitációs hullámokról, valamint az univerzum inflációs fázisáról, és a népszerű tudomány a világegyetem születési kiáltásaként írta le őket . A jel a teoretikusok által vártnál erősebb volt r = 0,2 paraméterrel, ahol r a tenzor és a skaláris amplitúdó arányát jelzi (a tenzor amplitúdója a gravitációs hullámokból, a skaláris amplitúdó a sűrűség ingadozásaiból származik). A B-módú jel felfedésének bejelentése előtt az adatokat három éven át gondosan elemezték annak érdekében, hogy kizárják a hibákat és azok eredetét a későbbi torzulásokból, például galaxisunk portömegéből vagy szinkrotron sugárzásából . A mérésben a légköri zavarok elkerülése volt a fő ok a távcsövek Déli-sarkra történő felszerelésére. A BICEP megfigyelte a déli égbolt egy különösen zavartalan területét (Southern Hole) a sarki éjszaka hónapjaiban éjjel- nappal , amely azonban csak 2 fok körül volt. Az eredmények kihirdetése után az eredmények független megerősítésére vártak, például a Planck űrtávcsővel , amely a BICEP-től eltérően az egész eget lefedi és különböző frekvenciákon mér. A Planck távcső pontosabb információkat is szolgáltat, például a gravitációs lencse háttérről, amelyet le kell vonni a mérésekből.

2014 szeptemberében a Planck Collaboration (Planck Telescope) közölte adataik időközi elemzését, amely szerint a szóban forgó BICEP2 adatokat a Tejút csillagközi porából származó polarizált hősugárzás okozhatta , amelyet a Tejútrendszer mágneses tere és annak ingadozása befolyásol. David Spergel (Princeton) és mások korábban bírálták a BICEP együttműködés értelmezését, mert az utóbbival ellentétben nem vették teljes mértékben figyelembe a Planck-távcső előzetes tájékoztatását a kozmikus por okozta torzulásokról. A Planck-adatok későbbi közzététele után azonban a por versenyhatása nagyobb, mint a BICEP2 együttműködés szerzői feltételezték az előzetes információk alapján.

A BICEP2 szupravezető detektorai mikroszkóp alatt

A Planck-adatok elemzése extrapolálta a Planck műhold megfigyelési eredményeit 353 GHz-en, egy olyan frekvenciatartományban, amelyben a por hozzájárulása dominál, egészen 150 GHz-es frekvenciáig és az égszakaszig, amelyben a BICEP2 működött. Megmutatta, hogy az ég kiválasztott része korántsem tartozik a kozmikus por által legkevésbé érintett területek közé, és hogy az összes megfigyelt B-módú jelet valószínűleg kozmikus por okozhatja, pozitív vagy negatív relatív bizonytalansággal, amely az eredmény körülbelül harmada. A BICEP2 által eredetileg kedvelt r = 0,2 értékeket, amelyek nagy terepi inflációs modelleknek felelnek meg, csökkenteni kellett a Planck-értékek elemzése miatt. Az r felső határának újbóli elemzése folyamatban van (2014. november). Folyamatban vannak azok a kísérletek, amelyek képesek detektálni a B-módú jeleket r <0,1-től az r = 0,01 tartományig ( Atacama Kozmológiai Teleszkóp , Déli-sarki teleszkóp, BICEP / Keck Array, a Spider ballon kísérlet). Ezenkívül előnyös az égbolt olyan területeinek tanulmányozása, amelyek viszonylag mentesek a kozmikus por interferenciájától, és szélesebb frekvenciatartományt kell használni. A BICEP2 150 GHz-en dolgozott, nem utolsósorban metrológiai okokból; a spektrum több frekvencián történő megfigyelése azonban jobb következtetéseket enged levonni a megfigyelt jel eredetéről. Ha az első B-módokra utaló jeleket nem látnánk, akkor az inflációs modelleket alapvetően nem zárnák ki, hanem bizonyos, a húrelméletből származó kozmológiai modelleket ( Eva Silverstein , előre jelzett r = 0,07).

2015 januárjában a felfedezést a kutatók hivatalosan visszavonták, miután végleg összehasonlították a Planck műhold adataival.

irodalom

• D. Barkats és mtsai. a.: Fokméretű CMB polarizációs mérések a BICEP1 adatok hároméves adatából. Astrophysical Journal, Arxiv 2013 (a BICEP1 eredményei)
• PAR búcsú u. a.: BICEP2 I: B-módú polarizáció detektálása fokos szögmérlegeken. , Phys. Rev. Lett., 112. évfolyam, 2014., 241101. o., Arxiv 2014 (a B-mód felfedezése)
• PAR búcsú u. a.: BICEP2 II: Kísérlet és hároméves adatkészlet , Astroph. J., 792. évfolyam , 2014., 62., Arxiv
• Brian Keating: A Nobel-díj elvesztése , Norton 2018

web Linkek

• A kutatási projekt honlapja a Harvard Egyetemen
• Publikációk az egyes kísérletek eredményeiről
• Markus Pössel: BICEP2, Infláció, Kozmológia: Szakértői vélemény Scilog, 2014. március 29.
• Markus Pössel: BICEP2 frissítés: Mi a helyzet az inflációval és a gravitációs hullámokkal? Scilog, 2014. március 23.
• Markus Pössel: BICEP2 és az első részek az ősrobbanás után. Scilog, 2014. március 17.
• Sean Carroll: Gravitációs hullámok a kozmikus mikrohullámú háttérben. 2014. március 16.
• Sean Carroll: BICEP2 frissítések , 2014. március 16.

Lábjegyzetek

Megjegyzések

1. ↑ A B származik az analógia a mágneses mező , mivel, szemben az E-mező konfigurációk, ez mindig forrás-mentes , és ennek következtében jelentése „vortex mező”, matematikailag így képződött a forgási üzemeltetője a vektor analízis (azaz szintén a görbülés módot angol hívott). Az E-üzemmód az elektromos tér analógja , amely az elektrosztatikában és az elektromos dipólus sugárzás közeli tartományában mindig örvény nélküli, ezért a gradiensen keresztül meghatározható. A rekombinációt nem sokkal megelőző időből származó E-módot ( a sugárzás és az anyag szétválasztása előtti utolsó szóródás ideje ) már a DASI kísérlet (Degree Angular Scale Interferometer) bizonyította 2002-ben, a BICEP elődje. Az E-mód információt nyújt a plazma leválasztás előtti sebességének gradienséről és ezáltal a sűrűségingadozásokról. A B-módot a versengő déli-sarki teleszkóp fedezte fel már 2013-ban, de az akkor felfedezett B-módokat gravitációs lencseeffektusok okozták, és ezért nem voltak őseredetűek, mint a BICEP által észlelt B-módok, amelyeket gravitációs lencse-hozzájárulások és egyéb effektusok is egymásra helyeztek. vannak.
2. ↑ Az E és B módok világos ábrázolásához lásd z. B. Shari Balouchi: A kozmikus hajnali ég és távcső keresése , 2013. július 31.
3. ↑ A déli pólusnál a déli pólustól megfigyelt megfigyelések miatt a csillagok soha nem álltak oda.

Egyéni bizonyíték