Poyavilas' seriya statei, posvyashennaya rezul'tatam trehletnei raboty sputnika WMAP.

Sputnik byl zapushen v iyune 2001 goda. Ego zadacha - izuchenie kosmicheskogo mikrovolnovogo fona (bolee izvestnogo dlya russkoyazychnogo chitatelya kak "reliktovoe izluchenie"). Reliktovoe izluchenie neset informaciyu o molodosti vselennoi, o tom vremeni, kogda eshe ne bylo ni zvezd, ni galaktik. Na tot moment proshlo okolo 300 000 let posle Bol'shogo vzryva. V rezul'tate rasshireniya vselennaya ostyvala, stanovilas' menee plotnoi, i, nakonec, stala prozrachna dlya izlucheniya. Seichas my vidim sil'no pokrasnevshie za schet kosmologicheskogo rasshireniya fotony, kotorye byli ispusheny v tot sud'bonosnyi moment. Togda temperatura ravnyalas' neskol'kim tysyacham gradusov. Seichas zhe temperatura reliktovogo izlucheniya sostavlyaet menee 3 gradusov po shkale Kel'vina, chto sootvetstvuet tomu, chto vselennaya rastyanulas' bolee chem v 1000 raz (t.e. krasnoe smeshenie dlya reliktovogo izlucheniya nemnogo prevoshodit 1000, koefficient rastyazheniya raven z+1, gde z- krasnoe smeshenie). Eto sootvetstvuet mikrovolnovomu izlucheniyu. Ono bylo otkryto v 60-e gg. Penziasom i Vilsonom. S teh por, dannye po reliktovomu fonu yavlyayutsya odnim iz stolpov nablyudatel'noi kosmologii. Za otkrytie relikta v 1978 g. Vilson i Penzias poluchili Nobelevskuyu premiyu po fizike.

Temperatura kosmicheskogo mikrovolnovogo izlucheniya raspredelena po nebu neodnorodno (na risunke sinie oblasti sootvetstvuyut temperature nizhe srednei, a krasnye - vyshe srednei). Iz dannyh po etim "sherohovatostyam" mozhno poluchit' vazhneishie dannye o nashei Vselennoi. Poetomu astronomy sozdayut vse novye i novye pribory dlya utochneniya dannyh i polucheniya novyh. Chtoby poluchit' polnuyu kartu reliktovogo izlucheniya neobhodimo provodit' nablyudeniya iz kosmosa. Letalo uzhe dva specializirovannyh sputnika: rossiisii "Relikt" i amerikanskii COBE. Krome togo, sushestvuet mnozhestvo bolee deshevyh nazemnyh (ili balonnyh, t.e. zapuskaemyh na vozdushnyh sharah) eksperimentov, kotorye nablyudayut lish' "ugolochek neba", a ne vsyu nebesnuyu sferu. Na segodnyashnii den' imenno sputnik WMAP yavlyaetsya samym-samym.

Kak vidno, tri goda raboty zakonchilis' ne segodnya. Rezul'taty po pervomu godu raboty byli opublikovany bolee 3 let nazad! Dostatochno dolgo (dol'she chem ozhidalos') shla obrabotka novyh dannyh. Delo v tom, chto vydelit' krohotnye "sherohovatosti" na urovne primerno 0.001 procenta, ochen' trudno. Ved' v mikrovolnovom diapazone est' ne tol'ko reliktovoe izluchenie. V pervuyu ochered' "meshaet" nasha Galaktika (est' mnogo istochnikov, ispuskayushih mikrovolnovoe izluchenie). Zatem, nado vychest' vklad "lishnih" vnegalakticheskih istochnikov. I tol'ko posle takogo "proseivaniya" mozhno poluchit' zolotye krupicy dannyh o rannei vselennoi.

Chto my imeem? Samyi glavnyi vyvod: sensacii ne proizoshlo. Avtory raboty kachestvenno podtverzhdayut rezul'taty, poluchennye posle obrabotki odnogo goda nablyudenii. Utochneny znacheniya parametrov v standartnoi modeli. Razumeetsya, umen'shilis' neopredelennosti i oshibki (otmechu, odnako, chto v kosmologii, i ne tol'ko, nabor parametrov yavlyaetsya v nekotorom smysle model'no zavisimym; t.e., v nachale vy vybiraete model', a potom v ee ramkah opredelyaete parametry).

Odno iz vazhnyh utochnenii svyazano s tem, chto epohu reionizacii priblizili k nam. Nachal'naya neopredelennost' v krasnom smeshenii, sootvetstvuyushem etoi epohe, z=10-30 svelas' k z poryadka 10. Teper', ob'yasnit' reionizaciyu gorazdo proshe, t.k. sozdat' dostatochnoe kolichestvo istochnikov na bol'shih z dostatochno tyazhelo, a na z=10 uzhe yavno dolzhny byt' pervye zvezdy i kvazary.

Glavnoe novoe: polucheny dannye po polyarizacii reliktovogo izlucheniya (na risunke belye linii sootvetstvuyut dannym po polyarizacii). Napomnyu, chto nepolyarizovannyi svet harakterizuetsya tem, chto napravleniya vektorov, naprimer, elektricheskogo polya elektro-magnitnyh voln izmenyayutsya haoticheski (rech' idet o potoke izlucheniya, sostoyashem iz bol'shogo chisla voln; strogo monohromaticheskoe izluchenie vsegda polyarizovano). Govoryat o dvuh tipah polyarizacii: lineinoi i krugovoi. V pervom sluchae, vektor, naprimer, elektricheskogo polya sohranyaet svoyu orientaciyu v prostranstve. Vo vtorom, on vrashaetsya vokrug napravleniya rasprostraneniya volny s uglovoi skorost'yu, ravnoi chastote volny (sm. podrobnosti zdes').

Polyarizaciya reliktovogo izlucheniya byla predskazana Martinom Risom (Rees) vskore posle otkrytiya samomgo izlucheniya, v konce 60-h gg. Priyatno otmetit', chto klyuchevoi stat'ei po etoi tematike yavlyaetsya rabota rabota sovetskih uchenyh Basko i Polnareva, opublikovannaya v 1980 g. Vpervye o nablyudeniyah polyarizacii reliktovogo izlucheniya zayavila neskol'ko let nazad gruppa iz Chikago. Pochemu zhe voznikaet polyarizaciya relikta? Esli by svet prosto "otdelilsya ot veshestva" v otsutstvii anizotropii, to iznachal'no nepolyarizovannoe izluchenie takim by i ostalos'. Ne tak, esli est' vozmusheniya plotnosti, skorosti veshestva i metriki. Analiz pozvolyaet vydelit' vklad razlichnyh effektov v nablyudaemuyu polyarizaciyu (na russkom yazyke ob etom mozhno podrobno pochitat' v knige Nasel'skogo i dr. "Reliktovoe izluchenie Vselennoi", a bolee kratko i populyarno v knige Sazhina "Sovremennaya kosmologiya v kratkom izlozhenii"; o vozniknovenii polyarizacii izlucheniya ot astronomicheskih istochnikov, no bez prilozheniya k reliktovomu izlucheniyu, mozhno pochitat' zdes'). Vazhno, chto po dannym o polyarizacii mozhno razdelit' vklad pervichnyh vozmushenii plotnosti veshestva i pervichnyh gravitacionnyh voln.

Sushestvuyut raznye metody vizualizacii polya polyarizacii. Obychno polyarizaciya pokazyvaetsya otrezkami, orientaciya kotoryh sootvetstvuet orientacii ploskosti polyarizacii, a dlina - velichine (ili logarifmu velichiny) odnogo iz parametrov, harakterizuyushih polyarizaciyu. Opisanie vybrannogo metoda v lyubom sluchae dostatochno slozhno. Poetomu razmeshennye v seti kartinki s belymi liniyami po vsei vidimosti ostanutsya dlya shirokoi publiki dostatochno maloinformativnymi. Pridetsya polagat'sya na slovesnoe opisanie.

Pri analize polyarizacii fonovogo izlucheniya takzhe prishlos' dolgo borot'sya s pomehami. Krome vseh obychnyh dlya relikta "lishnih" istochnikov, voznikla neobhodimost' poborot' vklad polyarizacii, voznikshii v epohu reionizacii. Eto moment vremeni, sootvetstvuyushii primerno krasnomu smesheniyu z=10, kogda voznikshie istochniki (pervye zvezdy ili pervye aktivnye yadra galaktik, poka tochno ne izvestno) razogreli veshestvo vo Vselennoi i, t.o., snova ego ionizovali.

Izuchenie polyarizacii kosmicheskogo fonovogo izlucheniya pozvolyaet, v chastnosti, sdelat' vazhnye ogranicheniya na inflyacionnye modeli. Delo v tom, chto polyarizaciya relikta pozvolyaet ocenit' vklad gravitacionnyh voln, kotorye byli sgenerirovany v ochen' rannei vselennoi. Raznye modeli inflyacii dayut raznyi vklad. Dannye treh let raboty WMAP dayut ser'eznyi verhnii predel na plotnost' gravitacionnyh voln. Nekotorye teorii predskazyvali bol'shii vklad reliktovyh gravitacionnyh voln, chem imeyushiisya verhnii predel. Sootvetstvenno, takie teorii mogut byt' otbrosheny. Tem ne menee, do okonchatel'nogo vybora teorii (da i voobshe, do okonchatel'nogo podtverzhdeniya sushestvovaniya stadii inflyacii ili, naoborot, ee "zakrytiya") eshe daleko. Chto-to dadut dal'neishie nablyudenii na WMAP, chto-to - eksperimenty na vozdushnyh sharah ili nazemnye nablyudeniya. No sushestvennyi proryv ozhidaetsya tol'ko s zapuskom sputnika sleduyushego pokoleniya. Eto budet evropeiskii apparat Planck.

Opublikovano na saite Elementy.Ru

---

Publikacii s klyuchevymi slovami: Reliktovoe izluchenie - Kosmologiya - WMAP Publikacii so slovami: Reliktovoe izluchenie - Kosmologiya - WMAP
Sm. takzhe: Dipol' reliktovogo izlucheniya: polet skvoz' Vselennuyu Razlozhenie dalekogo sveta Karta reliktovogo izlucheniya ot "Planka" Formirovanie galaktik v magnitnoi Vselennoi Gaz v skoplenii galaktik sozdaet dyru v reliktovom izluchenii "Effekty" Zel'dovicha, zapechatlennye na nashem nebe Sverhnovaya 1994D i neozhidannaya Vselennaya Vse publikacii na tu zhe temu >>