2013.11.08. - Az ősi Univerzum nyomait rejti a polarizált háttérsugárzás

Először sikerült az Univerzum ősi anyagcsomói által okozott gravitációs lencsézés nyomait megfigyelni, mégpedig a Herschel-űrtávcső és egy antarktiszi rádiótávcső együttműködése segítségével.

A Világegyetemet kitöltő, legősibb fény a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, a fiatal, forró, de egyre hűlő Univerzum fénye, mikor az még csak úgy 380.000 éves volt. A háttérsugárzás apró változásai sok mindent elárulnak a Világegyetem szerkezetéről és fejlődéséről. A Planck űrszonda az égboltot egyenletesen kitöltő, ma már mindössze 2,7 kelvines rádiósugárzás apró, milliomod fokos eltéréseit kereste, melyek az Univerzum anyagának sűrűbb és ritkább foltjait jelzik. De a mikrohullámú háttér más információkat is hordoz.

A háttérsugárzást alkotó fény egy kis része polarizált, vagyis a fényhullámok egy része csak meghatározott irányokban rezeg. A polarizáció jelenségét használják ki például a 3D mozis szemüvegek is. Az egyik lencsén csak az egyik, a másikon csak a másik irányban rezgő fény hordozta kép jut át, létrehozva a térhatás illúzióját. A háttérsugárzás polarizációja irányultságtól függően kétféle is lehet, E-, illetve B-módusú. Előbbit egyszerűen az atomos anyagon való szóródás okozza, és már tíz éve sikerült kimérni. A B-módusú polarizáció megfigyelése azonban jóval nehezebb és az eredete is egzotikusabb.

Balra: Az Antarktiszon, a déli póluson álló rádiótávcső, a South Pole Telescope, amely képes a polarizáció irányát megmérni. Jobbra: Az E- és B-típusú polarizáció. Utóbbi jellemzően örvénylő mintákat rajzol ki.
[Michael Ashley; Krauss és mtsai]

A Herschel infravörös űrtávcső és az Antarktiszon dolgozó, 10 méteres South Pole Telescope rádiótávcső közös munkájának köszönhetően most először sikerült a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás B-módusú polarizációját megmérni. A jelenség az Univerzumot kitöltő anyag gravitációja okozta fényelhajlás, vagyis gravitációs lencsézés miatt jön létre. A mérés önmagában is fontos, mert egy újabb megszorítást adhat a Világegyetemet kitöltő anyag mennyiségére. De még ez is csak az előszoba a nagyobb felfedezésekhez. Van ugyanis egy még gyengébb, még ősibb összetevője is a polarizációnak. Az Ősrobbanás után közvetlenül lezajló infláció, vagyis az Univerzum nagyon gyors és elképesztő mértékű kitágulása idején terjedő gravitációs hullámok is nyomot hagytak benne.

A kozmikus háttérsugárzás fotonjai eltérülnek a Világegyetem legnagyobb anyagcsomóin.
[ESA, Planck Collaboration]

A mostani mérések csak a gravitációs lencsézésre koncentráltak, a kutatók ígérete szerint azonban további munkával képesek lehetnek majd "lencsétleníteni" a méréseket, vagyis leválasztani a fényelhajlás okozta polarizációt az infláció-korabelitől. Ha sikerrel járnak, az igen nagy fegyvertény lenne, mert az infláció koráról igen kevés tényleges megfigyelési adattal rendelkezünk. A puszta modellek, ahogyan a Higgs-bozon esetében is kiderült, mit sem érnek, amíg megfigyelések alá nem támasztják azokat. Hasonlóképpen, az infláció idején terjedő gravitációs hullámok nyomainak detektálása is nagyon nagy hatással lehet majd a kozmológia teljes tudományterületére.

Az eredményeket részletező szakcikk a Physics Review Letters c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ESA News 2013.10.01.