นักดาราศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียได้ใช้การสำรวจย้อนกลับไปยังยุคที่ห่างไกลของจักรวาลเมื่ออะตอมเริ่มก่อตัวเพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวของเมล็ดที่ก่อให้เกิดกระจุกกาแลคซี ผลลัพธ์ใหม่แสดงให้เห็นถึงการเคลื่อนที่ของสสารในยุคเริ่มต้นเพื่อสร้างกลุ่มกาแลคซีและซุปเปอร์คลัส การสำรวจได้รับมาพร้อมกับเครื่องมือที่สูงในเทือกเขาแอนดีชิลีที่รู้จักกันในชื่อ Cosmic Background Imager (CBI) และพวกเขาสร้างความมั่นใจใหม่ในความถูกต้องของแบบจำลองมาตรฐานของเอกภพยุคแรกที่เกิดภาวะเงินเฟ้ออย่างรวดเร็ว .
คุณลักษณะใหม่ของการสำรวจโพลาไรเซชันเหล่านี้คือพวกมันเปิดเผยเมล็ดพันธุ์ของกาแลคซีกลุ่มและการเคลื่อนที่โดยตรงในขณะที่พวกมันเริ่มก่อตัวเป็นกลุ่มแรกของกาแลคซี
การรายงานใน Science Express ฉบับออนไลน์วันที่ 7 ตุลาคมศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ดาราศาสตร์ Raw ของคาลเทคและนักวิจัยหลักในโครงการ CBI Anthony Readhead และทีมของเขากล่าวว่าผลการโพลาไรซ์ใหม่ให้การสนับสนุนที่แข็งแกร่งสำหรับแบบจำลองมาตรฐานของจักรวาล สสารมืดและพลังงานมืดนั้นแพร่หลายกว่าสสารทุกวันอย่างที่เรารู้ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาใหญ่สำหรับฟิสิกส์ เอกสารประกอบที่อธิบายการสังเกตการโพลาไรซ์ในช่วงต้นด้วย CBI ได้ถูกส่งไปยัง Astrophysical Journal
ภูมิหลังของจักรวาลที่ตรวจพบโดย CBI นั้นมีต้นกำเนิดมาจากยุค 400,000 ปีหลังจากบิ๊กแบงและให้ข้อมูลที่หลากหลายเกี่ยวกับธรรมชาติของจักรวาล ในยุคที่ห่างไกลนี้ไม่มีสิ่งก่อสร้างที่คุ้นเคยของเอกภพ - ไม่มีกาแล็กซี่ดาวหรือดาวเคราะห์ แต่มีความผันผวนของความหนาแน่นเพียงเล็กน้อยเท่านั้นและนี่คือเมล็ดที่กาแลคซีและดาวก่อตัวขึ้นภายใต้แรงโน้มถ่วง
เครื่องมือก่อน CBI ตรวจพบความผันผวนในสเกลเชิงมุมขนาดใหญ่ซึ่งสอดคล้องกับมวลที่มีขนาดใหญ่กว่ากาแลกซี่ซุปเปอร์มาก ความละเอียดสูงของ CBI ทำให้เมล็ดของสิ่งปลูกสร้างที่เราสังเกตเห็นในนิตยสารอวกาศถูกสังเกตเป็นครั้งแรกในเดือนมกราคม 2000
จักรวาลที่กำลังขยายตัวเย็นลงและเมื่อ 400,000 ปีหลังจากบิกแบงมันก็เย็นพอสำหรับอิเล็กตรอนและโปรตอนเพื่อรวมตัวกันเป็นอะตอม ก่อนหน้านี้โฟตอนไม่สามารถเดินทางไกลได้ก่อนที่จะชนกับอิเล็กตรอนและเอกภพก็เหมือนหมอกหนาทึบ แต่ ณ จุดนี้เอกภพก็โปร่งใสและตั้งแต่เวลานั้นโฟตอนได้ไหลไปทั่วกล้องโทรทรรศน์ของเราอย่างอิสระในวันนี้ 13.8 พันล้านปีต่อมา ดังนั้นการสำรวจพื้นหลังไมโครเวฟจึงให้ภาพรวมของเอกภพเนื่องจากเป็นเพียง 400,000 ปีหลังจากบิกแบงนานก่อนการก่อตัวของกาแลคซีดวงดาวและดาวเคราะห์ดวงแรก
ข้อมูลใหม่ถูกรวบรวมโดย CBI ระหว่างเดือนกันยายน 2545 ถึงพฤษภาคม 2547 และครอบคลุมท้องฟ้าเป็นหย่อมสี่ดวงครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมดสามร้อยเท่าของดวงจันทร์และแสดงรายละเอียดที่ละเอียดเพียงเศษเสี้ยวของดวงจันทร์ ผลลัพธ์ใหม่นั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของแสงที่เรียกว่าโพลาไรซ์ นี่คือคุณสมบัติที่สามารถแสดงได้อย่างง่ายดายด้วยแว่นตากันแดดโพลาไรซ์ หากมองดูแสงสะท้อนจากบ่อน้ำผ่านแว่นตากันแดดดังกล่าวแล้วหมุนแว่นกันแดดก็จะเห็นแสงสะท้อนที่แตกต่างกันไปในความสว่าง เนื่องจากแสงสะท้อนเป็นโพลาไรซ์และแว่นกันแดดโพลาไรซ์จะส่งเฉพาะแสงที่มีโพลาไรซ์อยู่ในแนวเดียวกับแว่นตา CBI ก็เลือกแสงโพลาไรซ์ออกมาและมันก็เป็นรายละเอียดของแสงนี้ที่เผยให้เห็นการเคลื่อนที่ของเมล็ดของกระจุกกาแลคซี
ในความเข้มโดยรวมเราจะเห็นชุดของยอดเขาและหุบเขาซึ่งยอดเขาเป็นประสานกันอย่างต่อเนื่องของ "เสียง" พื้นฐาน ในการปลดปล่อยโพลาไรซ์เรายังเห็นจุดยอดและหุบเขาหลายอัน แต่ยอดเขาในการปล่อยโพลาไรซ์ตรงกับหุบเขาในระดับความเข้มโดยรวมและในทางกลับกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งการปล่อยสัญญาณโพลาไรซ์นั้นออกนอกขั้นตอนไปพร้อมกับความเข้มทั้งหมด คุณสมบัติของการปล่อยโพลาไรซ์แบบนี้อยู่นอกขั้นตอนโดยมีความเข้มรวมบ่งชี้ว่าการปล่อยโพลาไรซ์เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของวัสดุ
การค้นพบครั้งแรกของการปล่อยสัญญาณโพลาไรซ์โดยดีกรี Angular Scale Interferometer (DASI) ซึ่งเป็นโครงการน้องสาวของ CBI ในปี 2545 เป็นหลักฐานการเคลื่อนไหวที่น่าทึ่งในเอกภพยุคแรกเช่นเดียวกับการตรวจวัดโดยวิลคินสันไมโครเวฟ . ผลลัพธ์ของ CBI ที่ประกาศในวันนี้ได้เพิ่มการค้นพบก่อนหน้านี้อย่างมีนัยสำคัญโดยแสดงให้เห็นโดยตรงและในสเกลเล็ก ๆ ที่สอดคล้องกับกระจุกกาแลคซี
ข้อมูลอื่น ๆ เกี่ยวกับโพลาไรซ์ไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลถูกปล่อยออกมาเมื่อสองสัปดาห์ก่อนโดยทีม DASI ซึ่งผลการทดลองสามปีแสดงหลักฐานที่น่าสนใจเพิ่มเติมว่าการโพลาไรซ์นั้นแท้จริงแล้วเนื่องจากพื้นหลังของจักรวาลและไม่ปนเปื้อนด้วยรังสีจากทางช้างเผือก ผลลัพธ์ของโครงการน้องสาวทั้งสองจึงเสริมซึ่งกันและกันอย่างสวยงามเช่นเดียวกับความตั้งใจของ Readhead และ John Carlstrom ผู้ตรวจสอบหลักของ DASI และผู้เขียนร่วมบนกระดาษ CBI เมื่อพวกเขาวางแผนเครื่องมือสองทศวรรษที่ผ่านมา
ตามที่ Readhead ระบุว่า“ ฟิสิกส์ไม่มีคำอธิบายที่น่าพอใจสำหรับพลังงานความมืดซึ่งครอบงำจักรวาล ปัญหานี้นำเสนอความท้าทายที่ร้ายแรงที่สุดต่อฟิสิกส์พื้นฐานตั้งแต่การปฏิวัติควอนตัมและความสัมพันธ์ของศตวรรษที่ผ่านมา ความสำเร็จของการทดลองโพลาไรเซชันเหล่านี้ให้ความมั่นใจในความสามารถของเราในการตรวจสอบรายละเอียดที่ดีของพื้นหลังจักรวาลโพลาไรซ์ซึ่งในที่สุดจะส่งแสงให้กับธรรมชาติของพลังงานมืดนี้”
“ ความสำเร็จของการทดลองโพลาไรเซชันเหล่านี้ได้เปิดหน้าต่างใหม่สำหรับการสำรวจจักรวาลซึ่งอาจทำให้เราสามารถตรวจสอบการเคลื่อนที่ของเอกภพครั้งแรกของเอกภพผ่านการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงจากยุคเงินเฟ้อ” คาร์ลสตรอมกล่าว
การวิเคราะห์ข้อมูล CBI นั้นดำเนินการร่วมกับกลุ่มที่หอดูดาววิทยุดาราศาสตร์แห่งชาติ (NRAO) และที่สถาบันดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์แห่งแคนาดา (CITA)
“ นี่เป็นช่วงเวลาที่น่าตื่นเต้นอย่างแท้จริงในการวิจัยเกี่ยวกับจักรวาลด้วยการรวมกันของทฤษฎีและการสังเกตจักรวาลที่เต็มไปด้วยความลึกลับเช่นสสารมืดและพลังงานมืดและเทคโนโลยีใหม่ที่น่าอัศจรรย์ - มีศักยภาพมหาศาลสำหรับการค้นพบพื้นฐานที่นี่” Steve Myers จาก NRAO ผู้ร่วมเขียนและสมาชิกคนสำคัญของทีม CBI กล่าวตั้งแต่เริ่มก่อตั้ง
ผู้อำนวยการของ CITA และผู้เขียนร่วมของบทความกล่าวว่า“ ในฐานะนักทฤษฎีในช่วงต้นทศวรรษที่แปดเมื่อเราเริ่มแสดงให้เห็นว่าขนาดของโพลาไรซ์ไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลน่าจะเป็นปัจจัยที่มีอำนาจลดลงร้อยเปอร์เซ็นต์ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินาทีที่เป็นความพยายามอย่างกล้าหาญในการค้นพบดูเหมือนว่าจะนึกถึงความคิดที่ว่าแม้ในอนาคตอันไกลโพ้นสัญญาณดังกล่าวจะถูกเปิดเผย ด้วยการตรวจจับโพลาไรเซชันเหล่านี้สิ่งที่ปรารถนากลายเป็นความจริงต้องขอบคุณความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่น่าทึ่งในการทดลองเช่น CBI มันเป็นสิทธิพิเศษของเราที่ CITA ที่จะมีส่วนร่วมอย่างเต็มที่ในฐานะสมาชิกของทีม CBI ในการเปิดเผยสัญญาณเหล่านี้และตีความความสำคัญทางดาราศาสตร์ของพวกเขาสำหรับสิ่งที่กลายเป็นแบบจำลองมาตรฐานของการก่อตัวโครงสร้างและวิวัฒนาการของจักรวาล”
ขั้นตอนต่อไปสำหรับ Readhead และทีมงาน CBI ของเขาคือการปรับแต่งการสังเกตการโพลาไรซ์เหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญโดยการเก็บข้อมูลมากขึ้นและเพื่อทดสอบว่าการปล่อยโพลาไรซ์นั้นออกนอกขั้นตอนด้วยความรุนแรงทั้งหมดหรือไม่ ของสสารมืดและพลังงานมืด
CBI เป็นอาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์ไมโครเวฟที่มีเสาอากาศแยกกัน 13 เสาแต่ละเส้นมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณสามฟุตและทำงานใน 10 ช่องความถี่ตั้งขึ้นในคอนเสิร์ตเพื่อให้เครื่องมือทั้งหมดทำหน้าที่เป็นชุดอินเทอร์เฟอเรเตอร์ 780 CBI ตั้งอยู่ที่ Llano de Chajnantor ซึ่งเป็นที่ราบสูงในชิลีสูงถึง 16,800 ฟุตทำให้เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยใช้มาในระดับสูง ในความเป็นจริงแล้วกล้องโทรทรรศน์สูงมากที่สมาชิกของทีมวิทยาศาสตร์ต้องนำออกซิเจนไปบรรจุขวดเพื่อทำงาน
การอัพเกรด CBI เป็นความสามารถในการโพลาไรซ์ได้รับการสนับสนุนจากสถาบันปฏิบัติการ Kavli และโครงการนี้ยังได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่องจากบาร์บาร่าและสแตนลีย์รอว์นจูเนียร์ CBI ยังได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียและสถาบันเพื่อการวิจัยขั้นสูงของแคนาดาและยังได้รับการสนับสนุนอย่างดีจากแม็กซีนและโรนัลด์ลินเดเซซิลและแซลลีดริวเดอร์และสถาบัน Kavli สำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยชิคาโก
นอกเหนือจากนักวิทยาศาสตร์ที่กล่าวถึงข้างต้นกระดาษ Science Express ในวันนี้ยังได้รับอนุญาตจาก C. Contaldi และ J. L. Sievers จาก CITA, J.K Cartwright และ S. Padin ทั้งของ Caltech และ University of Chicago; B. S. Mason และ M. Pospieszalski แห่ง NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus และ J. May ทั้งหมดของมหาวิทยาลัยชิลี; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson และ M. Shepherd แห่ง Caltech; W. Holzapfel จาก UC Berkeley; E. M. Leitch และ C. Pryke จาก University of Chicago; D. Pogosyan จากมหาวิทยาลัยโตรอนโตและมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตา; และ R. Bustos, R. Reeves และ S. Torres จากมหาวิทยาลัย Concepciin, ชิลี
แหล่งที่มาดั้งเดิม: Caltech News Release
