Выводы были сделаны с помощью разработанной НАСА детекторной технологии на телескопе BICEP2 на Южном полюсе в сотрудничестве с Национальным научным фондом.«Использование новейших детекторов в наземных и аэростатных экспериментах позволяет нам совершенствовать эти технологии для космических миссий и в процессе делать открытия о Вселенной», — сказал Пол Герц, директор отдела астрофизики НАСА в Вашингтоне.Наша Вселенная возникла в результате события, известного как Большой взрыв, 13,8 миллиарда лет назад.
Спустя несколько мгновений само пространство разорвалось на части, экспоненциально расширяясь в эпизоде, известном как инфляция. Яркие признаки этой ранней главы в истории нашей Вселенной запечатлены в небе в реликтовом свечении, называемом космическим микроволновым фоном. Недавно эта основная теория Вселенной была снова подтверждена спутником Planck, миссией Европейского космического агентства, для которой НАСА предоставило детектор и технологию охлаждения.Но исследователи давно искали более прямые доказательства инфляции в виде гравитационных волн, которые сжимают и растягивают пространство.
«Небольшие квантовые флуктуации были усилены до огромных размеров за счет инфляционного расширения Вселенной. Мы знаем, что это производит другой тип волн, называемых волнами плотности, но мы хотели проверить, возникают ли также и гравитационные волны», — сказал соруководитель проекта Джейми Бок.
Лаборатории реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния, которая разработала детекторную технологию BICEP2. Бок работает совместно с Калифорнийским технологическим институтом, также в Пасадене.Гравитационные волны создавали характерный закрученный узор в поляризованном свете, называемый поляризацией «B-моды». Свет может поляризоваться из-за рассеяния от поверхностей, например от машины или пруда.
Поляризованные солнцезащитные очки отклоняют поляризованный свет, чтобы уменьшить блики. В случае космического микроволнового фона свет, рассеянный частицами, называемыми электронами, становится слегка поляризованным.
Команда BICEP2 взяла на себя задачу обнаружения поляризации в B-моде, собрав вместе лучших специалистов в этой области, разработав революционные технологии и отправившись к лучшему месту наблюдений на Земле на Южном полюсе. Сотрудничество включает в себя крупный вклад Калтеха; JPL; Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния; Гарвардский университет, Кембридж, Массачусетс; и Миннесотский университет в Миннеаполисе.
В результате экспериментов, проводимых с 2006 года, команда смогла получить убедительные доказательства сигнала B-режима, а вместе с ним — самой сильной поддержки космической инфляции. Ключом к их успеху стало использование новых сверхпроводящих детекторов. Сверхпроводники — это материалы, которые при охлаждении позволяют электрическому току свободно течь с нулевым сопротивлением.
«Наша технология сочетает в себе свойства сверхпроводимости с крошечными структурами, которые можно увидеть только в микроскоп. Эти устройства производятся с использованием того же процесса микрообработки, что и датчики в мобильных телефонах и контроллерах Wii», — сказал Энтони Тернер, который делает эти устройства, используя специализированное производственное оборудование в Лаборатории Микроустройств JPL.
Сигнал B-режима очень слабый. Чтобы получить необходимую чувствительность для обнаружения сигнала поляризации, Бок и Тернер разработали уникальный массив из нескольких детекторов, похожих на пиксели в современных цифровых камерах, но с дополнительной способностью обнаруживать поляризацию. Вся система детекторов работает при морозных 0,25 Кельвина, что всего на 0,45 градуса по Фаренгейту выше самой низкой достижимой температуры, абсолютного нуля.«Это чрезвычайно сложное измерение потребовало совершенно новой архитектуры», — сказал Бок. «Наш подход подобен тому, как брать фотоаппарат и строить его на печатной плате».
В эксперименте BICEP2 использовалось 512 детекторов, которые ускорили наблюдения космического микроволнового фона в 10 раз по сравнению с предыдущими измерениями группы. В их новом эксперименте, в котором уже ведутся наблюдения, используются 2 560 детекторов.Эти и будущие эксперименты не только подтверждают, что Вселенная резко надулась, но и дают теоретикам первые ключи к разгадке экзотических сил, разделяющих пространство и время.
Результаты этого исследования были представлены в журнале Nature.JPL управляется Калифорнийским технологическим институтом в Пасадене для НАСА.