Первое прямое доказательство космической инфляции

Астрономы, работающие над проектом BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarisation), объявили о получении первого прямого доказательства космической инфляции — стадии экспоненциального расширения, имевшей место в первые мгновения после рождения нашей Вселенной. Они также представили первые изображения гравитационных волн — первичной «ряби» пространства-времени. Эти волны были предсказаны еще Альбертом Эйнштейном в начале XX века и описаны как «первые толчки Большого Взрыва». Полученные данные подтверждают глубокую связь между квантовой механикой и Общей теорией относительности.

Гравитационные волны, связанные с инфляцией, генерируют слабый, но характерный «рисунок» поляризации реликтового излучения (РИ), известный как «завиток» или В-mode. Флуктуации плотности, вызывающие основную часть поляризации РИ, на эту часть изначальной картины не влияют. На схеме показана фактическая картина В-mode, согласующаяся с прогнозируемыми «узорами» первичных гравитационных волн, представленных на рисунке тонкими линиями. Линейные отрезки демонстрируют степень поляризации и ее ориентацию на различных участках неба. Красным и синим цветом нанесена степень «закручивания» (соответственно по часовой или против часовой стрелки)

Поиски этого сигнала являлись одной из наиболее важных задач космологии. Множество ученых в преддверии его открытия выполнило огромный объем работы. Беспрецедентные результаты были получены при наблюдениях реликтового микроволнового фона — слабого радиоизлучения, оставшегося после Большого Взрыва — с помощью телескопа BICEP2, установленного на Южном полюсе. Мельчайшие неравномерности этого «послесвечения» стали важной подсказкой к пониманию условий, имевших место в ранней Вселенной. Например, небольшие различия его температуры по всему небу указывают на те регионы пространства, где присутствовали сгущения материи, гравитационное сжатие и фрагментация которых привели к образованию галактик и их скоплений. Поскольку реликтовое излучение представляет собой такие же электромагнитные волны, как, например, видимый свет, оно обладает аналогичными свойствами, в том числе поляризацией. В космическом пространстве оно рассеивается атомами и электронами, становясь поляризованным.

Местоположение телескопа дает астрономам большие преимущества благодаря холодному, сухому, чистому и стабильному воздуху над Антарктидой. Ученые тщательно исследовали все небо с разрешением от одного до 5 градусов дуги (2-10 видимых диаметров полной Луны), после чего проанализировали данные за три года наблюдений с целью исключения возможных ложных сигналов или нестабильностей работы приемной аппаратуры. Рабочая группа искала особый тип поляризации под названием «B-mode», представляющий собой регулярный узор ориентаций плоскостей поляризации древнего излучения. Гравитационные волны, двигаясь сквозь пространство, сжимают его, что создает определенную картину поляризованности излучения микроволнового фона, которую и удалось зарегистрировать.

Сотрудники рабочей группы привлекли теоретиков для проверки гипотезы о возможном влиянии пылевой компоненты нашей Галактики на наблюдаемую картину, но в итоге оно было сочтено ничтожным. Новые результаты позволят по-новому взглянуть на некоторые важные вопросы, в частности — как возникла Вселенная, когда именно произошла инфляция и насколько мощным был этот процесс.