На Южном полюсе, где летом солнце не заходит за горизонт, работают телескопы South Pole Telescope (SPT) и BICEP. С их помощью учёные изучают реликтовое излучение - древнейший свет, сохранившийся с первых мгновений существования Вселенной. Об этом сообщает Phys.org со ссылкой на материалы Министерства энергетики США.

Согласно теории инфляции, в первое мгновение после Большого взрыва Вселенная расширилась быстрее скорости света - из области меньше протона до размеров мрамора. Это расширение сгладило пространство и оставило после себя почти ничего, кроме энергии поля. Затем энергия превратилась в горячий суп из кварков и глюонов - строительных блоков материи. Вскоре кварки и глюоны объединились в протоны и нейтроны. Всё это уложилось в первую секунду, за которую Вселенная выросла до более чем 161 триллиона километров в поперечнике.

Спустя тысячелетия возникло реликтовое излучение. До того момента Вселенная была непрозрачной, как стакан апельсинового сока: свободные протоны и нейтроны рассеивали свет. Когда образовались атомы водорода, свет смог свободно распространяться. Сегодня это излучение растянулось в микроволновый диапазон из-за расширения Вселенной и имеет температуру чуть ниже 3 кельвинов. Оно содержит большинство фотонов во Вселенной, но невидимо глазу - его ловят только радиотелескопы.

Главная цель - обнаружить B-моды: особый узор в поляризации реликтового излучения (ориентации световых колебаний). Если первичные гравитационные волны существуют, они оставили бы именно такой след. Это стало бы весомым подтверждением теории инфляции. Пока же B-моды не найдены, зато учёные всё сильнее ограничивают возможные модели инфляции.

Сложность в том, что сигнал крайне слаб: B-моды примерно в десять раз слабее E-мод, которые, в свою очередь, в десять раз слабее колебаний температуры. К тому же пыль Млечного Пути и гравитационное линзирование - искривление света массивными структурами - искажают картину, превращая E-моды в поддельные B-моды. Чтобы отделить истинный сигнал, применяют делиньзинг - процедуру удаления линзированного вклада с помощью карт распределения массы.

В 2014 году команда BICEP2 объявила об обнаружении B-мод от первичных гравитационных волн, но позже выяснилось, что сигнал объясняется галактической пылью. С тех пор сотрудничество SPT и BICEP усилилось: BICEP даёт высокую чувствительность на больших угловых масштабах, а SPT - прекрасное разрешение для карт линзирования. В 2021 году ограничение на тензорно-скалярное отношение r (величину, характеризующую амплитуду первичных гравитационных волн) опустилось до 0,036 - это самый строгий предел на сегодня. Простейшие модели инфляции предсказывали r от 0,05 до 0,1, так что многие из них уже исключены.

В ближайших планах - новые камеры SPT-3G+ и BICEP Array+, которые будут строить карту неба в десять раз быстрее нынешних. Учёные надеются, что совместный анализ данных, собранных до 2024 года, приблизит разгадку первых мгновений Вселенной.

Источник: Phys.org