نتایج دوربین جدید تلسکوپ قطب جنوب در راه است

آرگون بخشی از یک تلاش چند نهادی برای کاوش در آسمان برای یافتن سرنخ هایی در مورد منشاء و ماهیت جهان ما است.

بیش از پنج سال است که دانشمندان تلسکوپ قطب جنوب در قطب جنوب با دوربینی ارتقا یافته آسمان را تماشا می کنند. نمای گسترده از فضا، نور باقی مانده از شکل گیری اولیه کیهان را جمع آوری می کند. محققان اکنون مجموعه اولیه ای از داده ها را تجزیه و تحلیل کرده اند و جزئیات را در مجله منتشر کرده اند معاینه فیزیکی D. نتایج این مجموعه داده‌های محدود به بینش‌های قوی‌تری در آینده درباره ماهیت جهان ما اشاره می‌کند.

تلسکوپ در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات که توسط بنیاد ملی علوم اداره می شود، دوربین جدیدی دریافت کرد که به نام SPT-3G در سال 2017. مجهز به 16000 آشکارساز – 10 برابر بزرگتر از نسل قبلی خود – SPT-3G تمرکز تحقیقات چند نهادی است که بخشی از آن توسط آزمایشگاه ملی آرگون (DOE) وزارت انرژی ایالات متحده رهبری می شود. هدف اندازه گیری نور ضعیفی است که به عنوان پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) شناخته می شود. CMB تابش پس از انفجار بزرگ است، زمانی که جهان تقریباً 14 میلیارد سال پیش از یک نقطه انرژی منفجر شد.

ژائودی پان، نویسنده اصلی این مقاله گفت: “CMB یک نقشه گنج برای کیهان شناسان است.” ماریا گوپرت مایر همکار در آرگون تغییرات جزئی آن در دما و قطبش پنجره ای منحصر به فرد را به جهان اولیه ارائه می دهد.

این کاغذ در Physical Review D اولین اندازه گیری عدسی گرانشی CMB توسط SPT-3G را ارائه می دهد. عدسی گرانشی زمانی اتفاق می‌افتد که شبکه وسیع ماده کیهان CMB را هنگام حرکت در فضا منحرف می‌کند. اگر پایه خمیده یک لیوان شراب را روی صفحه ای از کتاب قرار دهید، لیوان دیدگاه شما را نسبت به کلمات پشت آن مخدوش می کند. به همین ترتیب، ماده در خط دید تلسکوپ عدسی را تشکیل می دهد که نور CMB و دید ما را از آن خم می کند. آلبرت انیشتین این اعوجاج را در تار و پود فضازمان در نظریه کلیت خود شرح داد نسبیت.

CMB یک نقشه گنج برای کیهان شناسان است. تغییرات جزئی آن در دما و قطبش پنجره ای منحصر به فرد را به جهان اولیه ارائه می دهد. – ژائودی پان، همکار ماریا گوپرت مایر آرگون

اندازه گیری این اعوجاج سرنخ هایی از جهان اولیه و اسرار مشابه دارد ماده تاریک، جزء نامرئی فضا. تشخیص ماده تاریک دشوار است زیرا با نور یا سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی تعامل ندارد. در حال حاضر، ما فقط می توانیم آن را از طریق فعل و انفعالات گرانشی مشاهده کنیم.

دانشمندان CMB را از زمان کشف آن در دهه 1960 مورد مطالعه قرار دادند و آن را از طریق تلسکوپ هم در زمین و هم در فضا مشاهده کردند. اگرچه آخرین تجزیه و تحلیل تنها از چند ماه داده SPT-3G از سال 2018 استفاده می کند، اندازه گیری عدسی گرانشی در حال حاضر در این زمینه رقابتی است.

امی بندر، فیزیکدان در Argonne و می گوید: «یکی از بخش های واقعاً هیجان انگیز این مطالعه این است که نتیجه از آنچه اساساً داده ها را از زمانی که ما تازه مشاهدات با SPT-3G را شروع می کردیم، سفارش می دهد – و نتیجه در حال حاضر عالی است. نویسنده مشترک مقاله ما پنج سال دیگر داده‌هایی داریم که در حال حاضر روی آن‌ها کار می‌کنیم، بنابراین فقط اشاره‌ای به آنچه در آینده است، است.»

جو خشک و پایدار و موقعیت دور تلسکوپ قطب جنوب هنگام جستجوی الگوهای CMB تا حد ممکن تداخل ایجاد می کند. با این حال، داده های دوربین با حساسیت بالا SPT-3G حاوی آلودگی های جوی و همچنین منابع کهکشانی و فرا کهکشانی خودمان است. تجزیه و تحلیل حتی چند ماه از داده های SPT-3G یک تلاش چند ساله است، زیرا محققان باید داده ها را تأیید کنند، نویز را فیلتر کنند و اندازه گیری ها را تفسیر کنند. این تیم از یک خوشه اختصاصی، گروهی از کامپیوترها، در Argonne استفاده کردند مرکز منابع کامپیوتر آزمایشگاهی برای انجام برخی از محاسبات برای مطالعه.

پان گفت: “ما دریافتیم که الگوهای عدسی مشاهده شده در این مطالعه به خوبی توسط نسبیت عام توضیح داده شده است.” “این نشان می دهد که درک فعلی ما از گرانش در این مقیاس های بزرگ صادق است. نتایج همچنین درک موجود ما را از نحوه شکل گیری ساختارهای ماده در جهان ما تقویت می کند.

نقشه‌های عدسی‌دهی SPT-3G از سال‌های بیشتر داده‌ها نیز به بررسی تورم کیهانی یا این ایده که جهان اولیه دچار انبساط نمایی سریع شده است، کمک می‌کند. پان خاطرنشان کرد که تورم کیهانی «سنگ بنای دیگری از کیهان شناسی» است و دانشمندان به دنبال نشانه هایی از امواج گرانشی اولیه و سایر شواهد مستقیم برای این نظریه هستند. وجود عدسی گرانشی آشفتگی هایی با ردپای تورم ایجاد می کند که حذف چنین آلودگی هایی را ضروری می کند که می تواند با اندازه گیری های دقیق عدسی به حساب بیاید.

در حالی که برخی از نتایج حاصل از داده های جدید SPT-3G دانش موجود را تقویت می کند، برخی دیگر سوالات جدیدی را مطرح می کنند.

بندر که یک قرار ملاقات مشترک در دانشگاه شیکاگو دارد، گفت: «هر بار که داده‌های بیشتری اضافه می‌کنیم، چیزهای بیشتری پیدا می‌کنیم که نمی‌فهمیم». همانطور که لایه‌های این پیاز را جدا می‌کنید، بیشتر و بیشتر در مورد ابزار خود و همچنین در مورد اندازه‌گیری علمی خود از آسمان یاد می‌گیرید.

آنقدر اطلاعات کمی در مورد اجزای نامرئی کیهان وجود دارد که هر درک به دست آمده حیاتی است، پان گفت: “هرچه بیشتر در مورد توزیع ماده تاریک بیاموزیم، به درک ماهیت و نقش آن در شکل گیری جهان نزدیک تر می شویم. به این معنا که ما امروز در آن زندگی می کنیم.»

این کار توسط دفتر برنامه های قطبی بنیاد ملی علوم و برنامه فیزیک انرژی بالا وزارت علوم تامین شده است. تجزیه و تحلیل علمی توسط پان، با همکاری نزدیک با نویسندگان همکار، WL Kimmy Wu و Federico Bianchini (SLAC National Lab) و همکاری SPT-3G انجام شد. نویسندگان مرتبط با آرگون با بندر و پان عبارتند از لیندسی بلهم، کارن بایرم، جان کارلستروم، فاستین کارتر (فارغ التحصیلان آرگون)، توماس سیسیل، کلارنس چانگ، جونجیا دینگ (فارغ التحصیلان آرگون)، ریکاردو گوالتیری (فارغ التحصیلان آرگون)، آنجلینا هارک – هوزمن (فارغ التحصیلان آرگون)، جیسون هنینگ (فارغ التحصیلان آرگون)، فلوریان کرزور، تروپتی هایر (فارغ التحصیلان آرگون)، استیو کولمن، والنتین نووساد، جان پیرسون، کریستین پوسادا (فارغ التحصیلان آرگون)، گنشنگ وانگ، و ولدیمیر یفرمنکو.

متصل