Материалы портала «Научная Россия»

Гравитационные волны от космологической инфляции: дело не закрыто

Гравитационные волны от космологической инфляции: дело не закрыто
Сотрудники ста четырнадцати научных учреждений из России и других стран подвели итоги сравнительного анализа результатов измерений поляризации микроволнового реликтового излучения, которые временно закрывают спор о регистрации электромагнитной «подписи» э

В конце января в журнал Physical Review Letters была направлена статья A Joint Analysis of BICEP2/Keck Array and Planck, подписанная сотрудниками ста четырнадцати (sic!) научных учреждений из нескольких стран, включая и Россию. Там подведены итоги сравнительного анализа результатов измерений поляризации микроволнового реликтового излучения, которые в течение последних лет были собраны аппаратурой космической обсерватории Planck и радиотелескопов BISEP2 и Keck Array, расположенных вблизи Южного полюса на американской станции «Амундсен-Скотт». Эти итоги на время (подчеркиваю — только на время!) закрывают, или, как минимум, микшируют, дискуссию о возможной регистрации электромагнитной «подписи» эпохи инфляционного расширения Вселенной, начатую в марте 2014 года.

Дело здесь в следующем. Существует обширное семейство моделей, которые описывают самую раннюю стадию эволюцию Вселенной на базе теории космологической инфляции. Согласно этой теории, Вселенная на заре своего существования расширялась с возрастающей скоростью и за ничтожные доли секунды много десятков раз удвоила свои размеры. По завершении этого процесса она разогрелась до очень высоких температур, что сделало возможным интенсивное рождение различных частиц. Стадия инфляции также сопровождалась возникновением динамических деформаций метрики пространства-времени — гравитационных волн. Теория утверждает, что эти волны должны вполне конкретным образом влиять на поляризацию реликтового излучения, и такие эффекты в принципе можно обнаружить. Если бы их удалось выявить в наблюдениях, теория космологической инфляции обрела бы весомое подтверждение. Такое открытие также позволило бы определить ключевые параметры инфляционной эпохи и тем самым сделать выбор между различными моделями инфляции.

Реликтовое излучение поляризовано довольно хитрым образом. Структуру его поляризации можно разбить на две компоненты, которые принято обозначать латинскими буквами E и B. Первая компонента, E-мода, имеет геометрию силовых линий статического электрического поля, вторая же, B-мода — магнитного (E-моду также называют градиентной компонентой поляризации, а B-моду — роторной или вихревой). Поляризация реликтового излучения возникает благодаря действию различных механизмов — например, рассеивание реликтового излучения на частицах космической плазмы приводит к градиентной поляризации. Она обязана появляться и при его взаимодействии с гравитационными волнами инфляционного происхождения. В этом случае на общем фоне реликтового излучения, рассеянного по всей небесной сфере, должны наблюдаться многочисленные вкрапления с роторной компонентой и слабыми температурными флуктуациями. E-мода реликтового излучения была впервые обнаружена в 2002 году, а B-мода (которая гораздо слабее) — в 2013.

Прошлой весной ученые, которые работали на действовавшей в 2010-12 годах установке BISEP2, объявили, что им удалось обнаружить в спектре реликтового излучения четко выраженную B-моду, которую они приписали инфляционным волнам тяготения. Эти сведения привлекли внимание журналистов, после чего в СМИ появились сообщения, что наконец-то полностью доказана теория инфляции.

Однако эта сенсация оказалась недолговечной. Сделанная заявка на открытие сразу же вызвала у специалистов немалые сомнения. В частности, результаты коллаборации BISEP2 приводили к неожиданно высоким значениям амплитуд гравитационных волн. Другое возражение состояло в том, что обнаруженная B-мода могла возникать при рассеивании реликтового излучения на частицах космической пыли. Эту гипотезу подтвердил анализ измерений спектра реликтового излучения, выполненный аппаратурой обсерватории Planck, который был опубликован в сентябре 2014 года. Так что проблема явно требовала дальнейшего изучения.

И вот теперь появилась общая публикация трех исследовательских групп, основанная на анализе расширенного массива данных. Телескопы BISEP2 и Keck Array ведут измерения только на частоте 150 гигагерц, в то время как Planck покрывает диапазон от 30-353 гигагерц и к тому же охватывает всю небесеную сферу, а не отдельный ее участок. Поэтому выводы, представленные в совместной статье, куда надежней.

И что же в итоге? Теория утверждает, что поляризация вихревого типа может появляться в результате прохождения реликтового излучения вблизи небесных объектов с мощным полем тяготения (этот эффект называется гравитационным линзированием). B-мода, об идентификации которой сообщалось в 2013 году, имеет как раз такое происхождение. Авторы совместной статьи подтвердили наличие этой поляризации, причем с очень высокой степенью достоверности. В то же время они заявили, что первоначальная заявка коллаборации BISEP2 на открытие инфляционной B-моды остается недоказанной. Этот вывод был сделан после того, как ученые отсепарировали вклад космической пыли в возникновение наблюдавшейся B-моды. В общем, открытие роторной поляризации инфляционной природы пока не состоялось. Как говорится, печально, но что поделаешь.

Прокомментировать эту работу я попросил профессора Стэнфордского университета Андрея Линде, признанного классика инфляционной космологии. Он подчеркнул, что вихревая поляризация реликтового излучения может вызываться несколькими факторами, так что действие каждого из них очень важно вычленить по отдельности. Эксперимент BICEP2 позволил очень хорошо выделить эффекты, связанные с гравитационным линзированием. Ученые, которые его проводили, прекрасно понимали возможное влияние космической пыли и учли всю относящуюся к ней информацию, которая была доступна, когда они обрабатывали свои наблюдения. Однако сейчас очевидно, что в то время не все было известно. В результате роль пылевых частиц оказалась недооцененной. Члены коллаборации BICEP2 сделали то, что могли сделать на базе имевшихся у них данных. Свои выводы они сочли вполне надежными и сделали их достоянием гласности. Так и появились сенсационные сообщения об открытии поляризационных эффектов, порожденных инфляционными волнами тяготения.

Очень важно, продолжал Андрей Линде, что участники эксперимента BICEP2 в самом деле обнаружили B-моду. Это прекрасный эксперимент, здесь нет никаких сомнений. Ошибка крылась не в результатах наблюдений, а в их интерпретации. Они тогда объявили, что источником B-моды служат гравитационные волны, возникшие в инфляционную эпоху. Линде признал, что это было бы прекрасно и для него самого, и для многих других людей, но, как оказалось, члены коллаборации поторопились с выводами. Это вызвало естественное раздражение у многих специалистов. Будь отчет об эксперименте составлен осторожней, его участники сейчас ходили бы в героях, поскольку они ведь действительно получили очень важные результаты.

После этой прелюдии мы заговорили о новой публикации. Ее авторы, отметил профессор Линде, по-прежнему допускают, что в спектре реликтового излучения обнаружена B-мода инфляционного происхождения. В то же время они признают, что вероятность случайного возникновения такого сигнала отнюдь не мала, она составляет 8%. С этим сильно не попляшешь, такие вещи случаются. К тому же этот сигнал сейчас выглядит много слабее, чем раньше. Его интенсивность оценивают с помощью специального параметра, который принято обозначать латинской буквой r. В прошлом году коллаборация BICEP2 дала для него значение 0,20, а в новой публикации его пиковая величина не превышает 0,05. В общем, пока никаких четких претензий на открытие нет, разве что только намеки на его возможность.

Но это, конечно, не конец истории. Поиск инфляционной B-моды продолжается, и новые результаты не за горами. Уже начал осуществляться эксперимент BICEP3, там аппаратура гораздо мощнее. Комплекс Keck Array также продолжает работать. В общем, со временем статистика наберется.

И вот что еще нельзя не сказать, закончил Линде. Конечно, было бы совершенно замечательно, если бы удалось надежно зарегистрировать вклад инфляционной эпохи в поляризацию реликтового излучения. Но суть в том, что инфляционная теория уже имеет множество других подтверждений, в частности, основанных на результатах обсерватории Planck. И в этом плане пересмотр первоначальной заявки коллаборации BICEP2 мало что меняет.

космологическая инфляция реликтовое излучение

Назад

Социальные сети

Комментарии

  • Александр, 7 февраля 2015 г. 8:21:31

    Однажды этот мыльный пузырь лопнет.
  • Александр, 7 февраля 2015 г. 8:27:48

    Вообще-то все ошибки физиков кроются в интерпретации результатов экспериментов.
  • Александр, 8 марта 2015 г. 8:53:45

    Любые тела во вселенной, звезды, планеты, атомы, обладают своими гравитационными полями, которые хотя и имеют бесконечный радиус действия, но очень сильно ослабевают с расстоянием по обратно кубической зависимости.
    И в силу своего бесконечного радиуса действия, эти поля являются вездесущей упругой средой, в которой распространяются гравитационные волны.
    Это говорит о том, что никакого эфира, физического вакуума, сказочного пространства-времени или какого-то три-девятого царства в природе не существует.
    И так как гравитационное поле, как поле образованное электрическими полями, так же обладает упругостью, поэтому любое тело, двигаясь в гравитационном поле, будет создавать в нем упругую волну, скорость которой постоянна, потому что определяется только упругими свойствами электрических по-лей, образующих это гравитационное поле. Длина этой волны будет определяться разностью скоростей самой частицы и возбуждаемой ею волны.
    λ=(Vв–Vч)/t,
    где Vч – скорость частицы,
    а Vв – скорость, создаваемой ею гравитационной волны (скорость света) (рис 14).
    Скорость распространения волны в гравитационном поле составляет примерно 300 000 километров в секунду. Правда учёные этого пока не понимают и ошибочно называя эту скорость волны, скоростью света, считают её постоянной.
    Скорость распространения волны в гравитационном поле, величина действительно почти постоянная, так как определяется только его упругими свойствами и напряжённостью. А так как материальные тела взаимодействуют только с по-мощью полей, то скорость волны в гравитационном поле - это и есть скорость взаимодействия.
    Сама же частица, как и любой объект, может двигаться в гравитационном поле с какой угодно скоростью, хоть миллион километров в секунду. Двигаясь в специфической среде, которую представляет собой гравитационное поле, образованное электрическими полями противоположных знаков, частица возбуждает в них синхронные и синфазные волны сжатия.
    Но в силу того, что электрические поля разных зарядов обладают противоположными свойствами, то оказывается, что если в какой-то точке положительного электрического поля у волны сжатие (горб), то в той же точке отрицательного поля, будет разрежение (впадина).
    Иначе говоря, волны в гравитационном поле – это по своей сути, поперечные волны на границе двух сред (электрических полей) с различающимися противоположными свойствами. Это и есть те самые гравитационные волны, которые в физике ошибочно называются электромагнитными.
    Да и любые другие волны, обычные звуковые или волны на поверхности воды, так же имеют гравитационную при-роду. И тогда возникает вопрос, а какие же это гравитационные волны добрую сотню лет ищут учёные с помощью много-тонных детекторов?

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий