Các nhà vũ trụ học từ Viện Công nghệ California đã sử dụng các quan sát thăm dò thời kỳ xa xôi của vũ trụ khi các nguyên tử lần đầu tiên được hình thành để phát hiện các chuyển động giữa các hạt tạo ra các cụm thiên hà. Các kết quả mới cho thấy sự chuyển động của vật chất nguyên thủy trên con đường hình thành các cụm thiên hà và siêu đám mây. Các quan sát thu được với một công cụ cao ở Andes Chile được gọi là Công cụ tạo nền vũ trụ (CBI) và chúng cung cấp niềm tin mới về tính chính xác của mô hình chuẩn của vũ trụ sơ khai trong đó lạm phát nhanh xảy ra ngay sau Vụ nổ lớn .
Đặc điểm mới lạ của những quan sát phân cực này là chúng tiết lộ trực tiếp hạt giống của các cụm thiên hà và chuyển động của chúng khi chúng tiến hành tạo thành các cụm thiên hà đầu tiên.
Báo cáo trên tạp chí Science Express ngày 7 tháng 10, Giáo sư thiên văn học Rawn của Caltech, và nhà điều tra chính của dự án CBI, Anthony Readhead và nhóm của ông nói rằng kết quả phân cực mới cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho mô hình chuẩn của vũ trụ là nơi mà vật chất tối và năng lượng tối phổ biến hơn nhiều so với vật chất hàng ngày như chúng ta biết, điều này đặt ra một vấn đề lớn cho vật lý. Một bài báo đồng hành mô tả các quan sát phân cực sớm với CBI đã được gửi đến Tạp chí Vật lý thiên văn.
Bối cảnh vũ trụ được quan sát bởi CBI bắt nguồn từ thời đại chỉ 400.000 năm sau Vụ nổ lớn và cung cấp nhiều thông tin về bản chất của vũ trụ. Ở kỷ nguyên xa xôi này, không có cấu trúc quen thuộc nào của vũ trụ tồn tại, không có thiên hà, ngôi sao hay hành tinh nào. Thay vào đó chỉ có những dao động mật độ nhỏ, và đây là những hạt giống trong đó các thiên hà và ngôi sao hình thành dưới bàn tay của trọng lực.
Các công cụ trước CBI đã phát hiện các dao động trên quy mô góc lớn, tương ứng với khối lượng lớn hơn nhiều so với các siêu thiên hà. Độ phân giải cao của CBI cho phép hạt giống của các cấu trúc chúng ta quan sát xung quanh chúng ta trong Tạp chí Vũ trụ được quan sát lần đầu tiên vào tháng 1 năm 2000.
Vũ trụ giãn nở nguội dần và sau 400.000 năm sau Vụ nổ lớn, nó đủ mát để các electron và proton kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử. Trước đó, các photon không thể đi xa trước khi va chạm với một electron và vũ trụ giống như một màn sương mù dày đặc, nhưng tại thời điểm này, vũ trụ trở nên trong suốt và kể từ đó, các photon đã tự do truyền qua vũ trụ để đến các kính viễn vọng của chúng ta ngày nay, 13,8 tỷ năm sau. Do đó, các quan sát về nền vi sóng cung cấp một ảnh chụp nhanh về vũ trụ khi nó chỉ còn 400.000 năm sau Big Bang, trước khi hình thành các thiên hà, ngôi sao và hành tinh đầu tiên.
Dữ liệu mới được CBI thu thập từ tháng 9 năm 2002 đến tháng 5 năm 2004 và bao gồm bốn mảng trời, bao gồm tổng diện tích gấp ba trăm lần mặt trăng và chỉ hiển thị chi tiết nhỏ bằng một phần kích thước của mặt trăng. Các kết quả mới dựa trên một tính chất của ánh sáng gọi là phân cực. Đây là một tài sản có thể được chứng minh dễ dàng với một cặp kính râm phân cực. Nếu một người nhìn vào ánh sáng phản chiếu xuống ao qua kính râm như vậy và sau đó xoay kính râm, người ta sẽ thấy ánh sáng phản xạ khác nhau về độ sáng. Điều này là do ánh sáng phản xạ bị phân cực và kính râm phân cực chỉ truyền ánh sáng có độ phân cực thẳng hàng với kính. CBI cũng chọn ra ánh sáng phân cực, và chính các chi tiết của ánh sáng này cho thấy sự chuyển động của các hạt của cụm thiên hà.
Trong tổng cường độ, chúng ta thấy một loạt các đỉnh và thung lũng, trong đó các đỉnh là các giai điệu kế tiếp nhau của một giai điệu cơ bản. Trong phát xạ phân cực, chúng ta cũng thấy một loạt các đỉnh và thung lũng, nhưng các đỉnh trong phát xạ phân cực trùng với các thung lũng trong tổng cường độ và ngược lại. Nói cách khác, phát xạ phân cực chính xác nằm ngoài bước với tổng cường độ. Tính chất này của phát xạ phân cực nằm ngoài bước với tổng cường độ cho thấy phát xạ phân cực phát sinh từ chuyển động của vật liệu.
Phát hiện đầu tiên về phát xạ phân cực bằng Máy đo giao thoa thang độ góc (DASI), dự án chị em của CBI, năm 2002 đã cung cấp bằng chứng kịch tính về chuyển động trong vũ trụ sơ khai, cũng như các phép đo của Máy dò dị hướng vi sóng Wilkinson (WMAP) năm 2003 Kết quả CBI được công bố hôm nay đã làm tăng đáng kể những phát hiện trước đó bằng cách chứng minh trực tiếp và trên quy mô nhỏ tương ứng với các cụm thiên hà, rằng phát xạ phân cực nằm ngoài bước với tổng cường độ.
Các dữ liệu khác về sự phân cực nền vi sóng vũ trụ đã được nhóm DASI công bố hai tuần trước, với kết quả ba năm cho thấy bằng chứng thuyết phục hơn rằng sự phân cực thực sự là do nền vũ trụ và không bị ô nhiễm bởi bức xạ từ Dải Ngân hà. Do đó, kết quả của hai dự án chị em này bổ sung cho nhau rất đẹp, như ý định của Readhead và John Carlstrom, nhà điều tra chính của DASI và là đồng tác giả trên báo CBI, khi họ lên kế hoạch cho hai công cụ này một thập kỷ trước.
Theo Readhead, Vật lý học không có lời giải thích thỏa đáng nào cho năng lượng tối đang thống trị vũ trụ. Vấn đề này đưa ra thách thức nghiêm trọng nhất đối với vật lý cơ bản kể từ các cuộc cách mạng lượng tử và tương đối của một thế kỷ trước. Thành công của các thí nghiệm phân cực này mang lại niềm tin vào khả năng của chúng tôi trong việc thăm dò các chi tiết tốt đẹp của nền vũ trụ bị phân cực, cuối cùng sẽ chiếu ánh sáng vào bản chất của năng lượng tối này.
Carlstrom cho biết, sự thành công của các thí nghiệm phân cực này đã mở ra một cửa sổ mới để khám phá vũ trụ, điều này có thể cho phép chúng ta thăm dò các nguyên tố đầu tiên của vũ trụ thông qua các quan sát về sóng hấp dẫn từ kỷ nguyên lạm phát, Carlstrom nói.
Việc phân tích dữ liệu CBI được thực hiện với sự cộng tác của các nhóm tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia (NRAO) và tại Viện vật lý thiên văn lý thuyết Canada (CITA).
Đây thực sự là một thời gian thú vị trong nghiên cứu vũ trụ học, với sự hội tụ đáng chú ý của lý thuyết và quan sát, một vũ trụ đầy bí ẩn như vật chất tối và năng lượng tối, và một loạt công nghệ mới tuyệt vời có tiềm năng to lớn cho những khám phá cơ bản ở đây Steve Myers của NRAO, một đồng tác giả và thành viên chủ chốt của nhóm CBI kể từ khi thành lập.
Theo Richard Bond, giám đốc của CITA và là đồng tác giả của bài báo, Là một nhà lý luận vào đầu những năm tám mươi, khi chúng tôi lần đầu tiên cho thấy cường độ của sự phân cực nền vi sóng vũ trụ có thể là một yếu tố làm giảm sức mạnh của một trăm sự thay đổi nhiệt độ phút mà bản thân là một nỗ lực anh hùng để khám phá, có vẻ như mơ tưởng rằng ngay cả trong một tương lai xa, những tín hiệu phút như vậy sẽ được tiết lộ. Với các phát hiện phân cực này, mong muốn đã trở thành hiện thực, nhờ những tiến bộ công nghệ đáng chú ý trong các thí nghiệm như CBI. Đặc quyền của chúng tôi tại CITA là được tham gia đầy đủ với tư cách là thành viên của nhóm CBI trong việc tiết lộ các tín hiệu này và giải thích ý nghĩa vũ trụ học của chúng cho những gì nổi lên như là mô hình chuẩn của sự hình thành và tiến hóa cấu trúc vũ trụ.
Bước tiếp theo của Readhead và nhóm CBI của anh ta sẽ là tinh chỉnh các quan sát phân cực này một cách đáng kể bằng cách lấy thêm dữ liệu và kiểm tra xem phát xạ phân cực có chính xác không theo bước với tổng cường độ với mục tiêu tìm ra một số manh mối về bản chất của vật chất tối và năng lượng tối.
CBI là một mảng kính viễn vọng vi sóng bao gồm 13 ăng ten riêng biệt, mỗi ăng ten có đường kính khoảng ba feet và hoạt động trong 10 kênh tần số, được thiết lập đồng bộ để toàn bộ thiết bị hoạt động như một bộ 780 giao thoa kế. CBI được đặt tại Llano de Chajnantor, một cao nguyên ở Chile với độ cao 16.800 feet, trở thành công cụ khoa học tinh vi nhất từng được sử dụng ở độ cao lớn như vậy. Trên thực tế, kính viễn vọng rất cao, đến nỗi các thành viên của nhóm khoa học phải mỗi người mang theo oxy đóng chai để thực hiện công việc.
Việc nâng cấp CBI thành khả năng phân cực được hỗ trợ bởi một khoản trợ cấp hào phóng từ Viện điều hành Kavli, và dự án cũng là người nhận được sự hỗ trợ liên tục từ Barbara và Stanley Rawn Jr. CBI cũng được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, Viện Công nghệ California, và Viện Nghiên cứu Tiên tiến Canada, và cũng đã nhận được sự hỗ trợ hào phóng từ Maxine và Ronald Linde, Cecil và Sally Drinkward và Viện Vật lý Vũ trụ Kavli tại Đại học Chicago.
Ngoài các nhà khoa học đã đề cập ở trên, ngày nay, tờ báo Science Science Express còn được đồng tác giả bởi C. Contaldi và J. L. Sievers của CITA, J.K. Cartwright và S. Padin, cả Caltech và Đại học Chicago; B. S. Mason và M. Pospieszalski của NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus và J. May tất cả các trường đại học Chile; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson và M. Người chăn cừu ở Caltech; W. Holzapfel của UC Berkeley; E. M. Leitch và C. Pryke thuộc Đại học Chicago; D. Pogosyan thuộc Đại học Toronto và Đại học Alberta; và R. Bustos, R. Reeves và S. Torres thuộc Đại học Concepci? n, Chile.
Nguồn gốc: Caltech News phát hành
