Квантовые флуктуации помешают рассмотреть далекие галактики

Физик-теоретик Эрик Штайнбринг из Национального исследовательского совета Канады обнаружил, что квантовые флуктуации на масштабах порядка планковской длины могут влиять на резкость изображений, которые будут получать телескопы следующего поколения. В частности, они ограничат разрешающую способность телескопа Джеймса Уэбба для некоторых очень удаленных галактик, которых мы видим такими, какими они были спустя миллиард лет после Большого Взрыва. Об этом автор рассказал на встрече Международного астрономического союза (тезисы), подробнее о выводе сообщает The Conversation.

Автор проанализировал шумы, которые могут вносить в световой сигнал виртуальные частицы, рождающиеся и аннигилирующие на планковских длинах — порядка 10^-35 метра. Оказалось, что если для небольших телескопов, таких как «Хаббл» они пренебрежимо малы по сравнению с дифракционным пределом, то для таких крупных приборов, как «Уэбб» и  Extremely Large Telescope ситуация меняется. Штайнбринг показал с помощью расчетов, что взаимодействие фотонов с подобными частицами приведет к тому, что далекие точечные источники света будут выглядеть размытыми при больших расстояниях. 

Это приведет к тому, что «Уэбб» не увидит ни один из объектов размером менее 0,1 килопарсека с красным смещением равным шести, за исключением галактик с активными ядрами и источников гамма-всплесков. Эта величина смещения соответствует столь большим расстояниям, что объекты видны нам такими, какими они были спустя 930 миллионов лет после Большого Взрыва. Это ограничение на восемь процентов хуже, чем дифракционный предел телескопа и становится больше с увеличением расстояния до объекта.

Существует масса причин, которые ограничивают разрешающую способность телескопов, начиная от влияющих на свет на отрезке от объекта до телескопа и заканчивая оптическими ограничениями. К первым относится рассеяние в атмосфере и преломление из-за разницы в плотности воздушных масс, а также обсуждавшиеся квантовые флуктуации. Колебания атмосферы современные телескопы умеют устранять благодаря «адаптивной оптике», подстраивающейся под них в режиме реального времени. Дифракционный предел относится к оптическим ограничениям — именно из-за него, чтобы увидеть в телескоп-рефлектор детали диска Урана, Нептуна или тем более Плутона, требуется не только большое приближение, но и большой диаметр главного зеркала.