_ Rezultate de la Polul Sud Apare noua cameră a Telescopului

De mai bine de cinci ani, oamenii de știință de la Telescopul de la Polul Sud din Antarctica au observat cerul cu o cameră îmbunătățită. Privirea întinsă către cosmos captează lumina rămășiță din formarea timpurie a universului. Acum, cercetătorii au analizat un lot inițial de date, publicând detalii în revista Physical Review D. Rezultatele acestui set de date limitat sugerează perspective și mai puternice viitoare despre natura universului nostru.

Telescopul de la Stația Amundsen-Scott South Pole, care este operată de Fundația Națională pentru Știință, a primit o nouă cameră cunoscută sub numele de SPT-3G în 2017. Echipată cu 16.000 de detectoare — de 10 ori mai mulți decât predecesorul său — SPT-3G este esențial pentru multi-instituționale. cercetare condusă parțial de Laboratorul Național Argonne al Departamentului de Energie al SUA (DOE). Scopul este de a măsura lumina slabă cunoscută sub numele de fundal cosmic cu microunde (CMB). CMB este strălucirea ulterioară a Big Bang-ului, când universul a izbucnit dintr-un singur punct de energie în urmă cu aproape 14 miliarde de ani.

„CMB este o hartă a comorilor pentru cosmologi”, a spus Zhaodi Pan, autorul principal al lucrării și o bursă Maria Goeppert Mayer la Argonne. „Variațiile sale minuscule de temperatură și polarizare oferă o fereastră unică în copilăria universului.”

Lucrarea din Physical Review D oferă primele măsurători ale lentilelor gravitaționale CMB de la SPT-3G. Lentila gravitațională are loc atunci când vasta rețea de materie a universului distorsionează CMB în timp ce călătorește prin spațiu. Dacă ar fi să așezi baza curbată a unui pahar de vin pe pagina unei cărți, paharul ți-ar deforma vederea asupra cuvintelor din spatele lui. În mod similar, materia din linia vizuală a telescopului formează o lentilă care curbează lumina CMB și vederea noastră asupra acesteia. Albert Einstein a descris această deformare în țesătura spațiu-timp în teoria sa a relativității generale.

Măsurătorile acestei distorsiuni oferă indicii despre universul timpuriu și mistere precum materia întunecată, o componentă invizibilă a cosmosului. „Materia întunecată este dificil de detectat, deoarece nu interacționează cu lumina sau cu alte forme de radiație electromagnetică. În prezent, o putem observa doar prin interacțiuni gravitaționale”, a spus Pan.

Oamenii de știință au studiat CMB încă de când a fost descoperit în anii 1960, observându-l prin telescoape atât pe sol, cât și în spațiu. Chiar dacă cea mai nouă analiză utilizează doar câteva luni de date SPT-3G din 2018, măsurarea lentilelor gravitaționale este deja competitivă în domeniu.

„Una dintre părțile cu adevărat interesante ale acestui studiu este că rezultatul provine din ceea ce este, în esență, date de punere în funcțiune de când tocmai începeam observațiile cu SPT-3G – și rezultatul este deja grozav”, a spus Amy Bender, fizician la Argonne și co-autor al lucrării. „Avem încă cinci ani de date pe care lucrăm la analiză acum, așa că asta doar indică ceea ce va urma.”

Atmosfera uscată, stabilă și locația îndepărtată a Telescopului de la Polul Sud creează cât mai puțină interferență atunci când căutați modele CMB. Cu toate acestea, datele de la camera extrem de sensibilă SPT-3G conțin contaminare din atmosferă, precum și din propria noastră galaxie și surse extragalactice.

Analizând chiar și câteva luni de date de la SPT-3G este o întreprindere care durează ani, deoarece cercetătorii trebuie să valideze datele, să filtreze zgomotul și să interpreteze măsurătorile. Echipa a folosit un cluster dedicat, un grup de computere, la Centrul de resurse de calcul al laboratorului Argonne pentru a rula unele dintre calculele pentru cercetare.

„Am descoperit că modelele de lentile observate în acest studiu sunt bine explicate de relativitatea generală”, a spus Pan. „Acest lucru sugerează că înțelegerea noastră actuală a gravitației este valabilă pentru aceste scări mari. Rezultatele întăresc, de asemenea, înțelegerea noastră existentă a modului în care structurile materiei s-au format în universul nostru.”

Hărți cu lentile SPT-3G din ani suplimentari de datele vor ajuta, de asemenea, la investigarea inflației cosmice sau a ideii că universul timpuriu a suferit o expansiune exponențială rapidă. Inflația cosmică este „o altă piatră de temelie a cosmologiei”, a remarcat Pan, iar oamenii de știință caută semne ale undelor gravitaționale timpurii și alte dovezi directe ale acestei teorii. Prezența lentilelor gravitaționale introduce interferența cu amprentele inflaționiste, necesitând îndepărtarea unei astfel de contaminări, care poate fi calculată folosind măsurători precise ale lentilelor.

În timp ce unele rezultate din noile date SPT-3G vor consolida cunoștințele existente, altele va ridica noi întrebări.

„De fiecare dată când adăugăm mai multe date, găsim mai multe lucruri pe care nu le înțelegem”, a spus Bender, care deține o întâlnire comună la Universitatea din Chicago. „Pe măsură ce decojești straturile din această ceapă, înveți din ce în ce mai multe despre instrumentul tău și, de asemenea, despre măsurarea științifică a cerului.”

Se știe atât de puțin despre componentele nevăzute ale universului încât orice înțelegere dobândită este critic, Pan a spus: „Cu cât învățăm mai multe despre distribuția materiei întunecate, cu atât ne apropiem de înțelegerea naturii acesteia și a rolului său în formarea universului în care trăim astăzi.”

(Fluierul)