В поляризации реликтового излучения не нашли аномалий

Астрофизики представили результаты анализа распределений температуры и поляризации реликтового излучения, которые измерял европейский спутник Planck. Авторы подтвердили наличие слабовыраженных аномалий в температуре, но впервые проведенная обработка всех имеющихся данных по поляризации не выявила значимых расхождений с предсказаниями теории. Это подтверждает верность стандартной космологической ΛCDM-модели, пишут авторы в статье, принятой к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

Согласно представлениям современной космологии, материя во Вселенной появилась в результате Большого взрыва. Этот процесс происходил при очень высокой энергии, поэтому появившиеся частицы характеризовались очень высокой температурой. Спустя примерно 380 тысяч лет среда охладилась достаточно для образования атомов и перехода из состояния плазмы в газ. Это привело к падению концентрации свободных носителей заряда и прозрачности. В результате «сцепленное» до этого момента из-за интенсивного взаимодействия с материей электромагнитное излучение стало свободно распространяться. Сегодня мы наблюдаем его как реликтовое излучение (Cosmic Microwave Background, CMB).

В текущую эпоху реликтовое излучение сместилось в микроволновую область из-за расширения пространства. Сегодня его можно улавливать и на Земле, но для наивысшей точности регистрации используются космические аппараты — COBE, WMAP и Planck. Спектр CMB с высокой точностью соответствует теоретическому спектру абсолютно черного тела с температурой около 2,73 кельвин, а флуктуации интенсивности по небу находятся на уровне 10^-5. Распределение яркости характеризуется статистической изотропией, то есть локально существуют вариации, но их статистика одинакова во всех направлениях.

Основным способом получения информации из CMB является построение спектра мощности. С математической точки зрения это двухточечная корреляционная функция, которая показывает согласованность значений яркости в зависимости от расстояния между ними. С физической точки зрения спектр мощности показывает энергию, заключенную в возмущения определенного масштаба. Спектр мощности имеет сложную зависимость от углового размера и чувствителен к значениям космологических параметров, таких как плотность темной энергии, доля барионного вещества, возраст Вселенной и другие.

В распределении интенсивности излучения, выражаемую через яркостную температуру, и спектре мощности удалось выделить несколько аномалий, которые не находят объяснения в рамках стандартной ΛCDM-космологии. Этим термином называют несколько слабых отклонений от предсказаний теории, которые наблюдаются на больших масштабах. К ним относится примерно на 10 процентов ниже теоретической интенсивность на масштабах порядка 6 градусов, асимметрия полушарий, наличие крупного холодного пятна и некоторые другие. На данный момент неизвестно, являются ли аномалии проявлениями отклонений от заложенной в космологическую модель физики или просто статистическими артефактами.

Наиболее точные данные о реликтовом излучении собрал европейский спутник Planck. Он собрал данные не только об интенсивности излучения, но и о его поляризации. Очередная работа коллаборации Planck посвящена анализу E-моды поляризации в контексте наблюдаемых в распределении температуры аномалий. Авторам не удалось обнаружить значимых отклонений от предсказаний теории ни в одном случае. Это свидетельствует в пользу объяснения аномалий как статистических отклонений, но не полностью опровергает иные гипотезы, так как создающий эти особенности механизм может сказываться только на температуре, но не на поляризации.

Авторы отмечают, что измерение поляризации не было основной задачей спутника Planck, поэтому качество этих данных уступает аналогичным измерениям температуры. Поэтому, несмотря на то, что есть статистически незначимые отклонения от предсказаний, для однозначного вывода о наличии или отсутствии аномалий в поляризации реликтового излучения придется ждать следующего прибора, который будет специально предназначен для ее измерения. Такие проекты существуют, но они будут реализованы не ранее, чем через 10—15 лет.

Кратко о современном взгляде на появление Вселенной можно прочитать в книге «Всё из ничего: как возникла Вселенная». В прошлом году ученые уточнили вклад межзвездной пыли в поляризацию реликтового излучения, а в этом — увидели в космосе первую молекулу Вселенной, такие существовали еще до рождения реликтового излучения.