Odkrycia dotyczące największego przyspieszenia cząsteczek we Wszechświecie
Zgodnie z naszym obecnym stanem wiedzy, Wszechświat powstał niemal w jednej chwili około 13,8 miliarda lat temu w wyniku zdarzenia nazywanego obecnie Wielkim Wybuchem, w czasie którego pojawiła się nieskończenie mała, gorąca i gęsta osobliwość, która następnie rozszerzyła się i schłodziła w ciągu ułamków sekundy. Zrozumienie zdarzeń, które miały miejsce w czasie tego błyskawicznego rozszerzenia pozwoli nam na uzyskanie wiedzy na temat procesów fizycznych oraz wielkości skali energetycznej istotnych dla wielu dziedzin nauki. Jednak wskazówki, które pozostały w przestrzeni kosmicznej po Wielkim Wybuchu, są obecnie maskowane przez „zakłócenia” wygenerowane przez Kosmos w ciągu miliardów lat. Finansowane przez Unię Europejską konsorcjum realizujące prace w ramach projektu RADIOFOREGROUNDS podjęło wyzwanie scharakteryzowania ważnego elementu tych zakłóceń. Skutkiem prowadzonych prac będzie możliwość wykluczenia zakłóceń z obserwacji, co pozwoli na odkrycie pozostałości Wielkiego Wybuchu i narodzin naszego Wszechświata. Pierwszy plan i tło Jak twierdzi koordynator projektu José Alberto Rubiño-Martin, Wielki Wybuch stanowił źródło „…pierwotnych zalążków, z których powstały wszystkie struktury współcześnie obserwowane w przestrzeni kosmicznej… Mikrofalowe promieniowanie tła to promieniowanie reliktowe, które było obecne w nowo narodzonym Wszechświecie – możemy je teraz wykryć w formie mikrofal”. Naukowcy są szczególnie zainteresowani subtelną rotacją orientacji światła związaną z mikrofalowym promieniowaniem tła, określaną mianem polaryzacji typu B. Sygnał polaryzacji typu B jest niezwykle nieuchwytny i niemal niewidoczny, ponieważ jest doskonale ukryty przez promieniowanie pierwszego planu emitowane przez naszą własną galaktykę i źródła międzygalaktyczne. Jak wyjaśnia Rubiño-Martin: „Wykrycie tej pierwotnej sygnatury polaryzacji typu B pozwoli nam lepiej zrozumieć zagadnienia związane z podstawowymi badaniami fizycznymi i procesy zachodzące przy skalach energetycznych znacznie wykraczających poza model standardowy fizyki cząstek… Większych o dwanaście rzędów wielkości – bilion razy – od poziomów energii osiągalnych dzięki Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów w CERNie. Osiągnięcie takich skal energetycznych jest możliwe tylko i wyłącznie dzięki wykorzystaniu Wszechświata w roli akceleratora cząstek”. Ujawnianie szczegółów Kluczem do rozwiązania tego zagadnienia są dwa procesy fizyczne powodujące emisję mikrofal, zachodzące w naszej galaktyce – promieniowanie synchrotronowe oraz anomalna emisja mikrofalowa (AME). W przypadku obu zjawisk kluczową rolę odgrywa galaktyczne pole magnetyczne. Do tej pory jednak nie udało się dobrze scharakteryzować polaryzacji promieniowania synchrotronowego, nie wiadomo było także, czy anomalna emisja mikrofalowa jest spolaryzowana. Szczytowe wartości AME rejestrowane są w okolicach 20 GHz, podczas gdy promieniowanie synchrotronowe zwykle dominuje w zakresie częstotliwościach poniżej 30 GHz. Zespół projektu zestawił dane z eksperymentu QUIJOTE CMB poświęconego obserwacji północnego nieba, realizowanego przez Instituto de Astrofísica de Canarias (10–20 GHz) z dziewięcioma mapami nieba wykonanymi przez satelitę Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej (30–857 GHz). W wyniku przełomowych prac naukowcy opracowali cztery historyczne mapy emisji północnego nieba dotyczące częstotliwości 11, 13, 17 i 19 GHz. Jak wyjaśnia Rubiño-Martin: „W ten sposób udało nam się uzyskać szczegółowy opis właściwości polaryzacyjnych promieniowania synchrotronowego. Spolaryzowane promieniowanie synchrotronowe okazało się bardziej złożone, niż podejrzewaliśmy. …Dodatkowo, dzięki projektowi QUIJOTE ustaliliśmy najbardziej rygorystyczny do tej pory górny limit frakcji polaryzacji AME – jak ustaliliśmy, jest niemalże nieistotna”. Naukowcy prognozują, że uzyskane rezultaty będą miały ogromny wpływ na społeczność naukową zajmującą się mikrofalowym promieniowaniem tła, a także na możliwości ludzkości w zakresie badania okresu rozszerzania się Wszechświata. Naukowcy skupieni wokół projektu RADIOFOREGROUNDS dzielą się swoimi osiągnięciami i odkryciami w formie dostępnych publicznie programów otwartoźródłowych, map oraz modeli.
Słowa kluczowe
RADIOFOREGROUNDS, energia, Wszechświat, Wielki Wybuch, mikrofalowe promieniowanie tła, pierwotny, anomalna emisja mikrofalowa, promieniowanie synchrotronowe, galaktyczne pole magnetyczne, rozszerzanie, promieniowanie