[Cytadela] Co łączy polaryzację z ciemnością

[NewsBot - Aktualności]

Kontynent umiejscowiony wokół mroźnego Bieguna Południowego zwany Antarktydą wywołuje z pewnością automatycznie sporo utartych skojarzeń – a to wyobrażamy sobie śnieżną i lodowatą pustynię, po której hasają gromadki niezniszczalnych pingwinów, to znów myślimy o topniejących lodowcach zagrażających nadmorskim kurortom, pierwszym jednak przymiotnikiem, który nasuwa się na myśl, jest: „zimny”. Rzeczywiście, to na Antarktydzie właśnie notowano swego czasu rekordowo niskie w skali Ziemi temperatury, jest to jednak tylko jeden z kilku decydujących powodów, dla których naukowcy nie raz i nie dwa wybierali ten mroźny kontynent jako placówkę badawczą. Poza niskimi temperaturami niebagatelną rolę – dla naszych ulubionych astronomów – odgrywa również oczywisty brak tzw. „light pollution”, czyli zanieczyszczenia nieba światłami cywilizacji (chyba że akurat co bystrzejsze grupy pingwinów wpadły na pomysł rozpalania gigantycznych ognisk, co jednak wydaje się, trzeba szczerze przyznać, mało prawdopodobne), jak i klarowność i czystość powietrza skutego mocarnym mrozem. Sporo eksperymentów astrofizycznych przewinęło się już przez Antarktydę;  tym razem chciałbym wspomnieć o jednym, który – umiejscowionym w pobliżu samego Bieguna Południowego – może mieć całkiem duże znaczenie dla naszej wiedzy o zawartości Wszechświata.

 

O mikrofalowym promieniowaniu tła (cosmic microwave background, CMB) wspominałem już wcześniej tyle razy, że aby nie powtarzać do znudzenia tej samej litanii po raz n-ty, nie pozostaje mi nic innego, jak poprosić Was o sięgnięcie do wyszukiwarki z prawej u góry strony lub choćby do Wikipedii, jeśli jeszcze nie wiecie, co to takiego. Promieniowanie to ma ogromne znaczenie dla naszej współczesnej wiedzy o Wszechświecie, wszyscy jednak, którzy mogliby uważać, że swoją oświeceniową misję spełniło już jakiś czas temu ukazując nam mapę fluktuacji młodziutkiego Wszechświata, są w błędzie – CMB kryje przed nami jeszcze wiele cennych informacji, przy czym te najbardziej pożądane są dla nas ciągle jeszcze nieosiągalne ze względu na niedoskonałości aparatury badawczej (rzucę tylko mimochodem tajemniczym pojęciem „mod B”, wytrzymałych zapraszam do samodzielnych poszukiwań, podaję tylko przykładowy link).  Jednym z fundamentalnych zagadnień, w przypadku których CMB wydaje się służyć naukowcom w najlepsze, jest kwestia  rzeczywistego składu Wszechświata, inaczej mówiąc tego, ile tak naprawdę „zwykłej” materii w nim się znajduje.

 

Nie od dziś naukowcy w przeważającej mierze zakładają, że „zwykła” materia (z której składamy się my sami, gwiazdy i planety oraz wszystko, co jesteśmy w stanie zobaczyć) niespodziewanie stanowi niewielki ułamek całkowitej „zawartości” Wszechświata. Jakkolwiek może się to wydawać dziwne, wiele poszlak wskazuje na to, że ogromna większość „energii-materii” Wszechświata skoncentrowana jest w egzotycznych formach, zwanych odpowiednio „ciemną energiąâ€ i „ciemną materiąâ€. I choć nie ma naprawdę niezbitych dowodów na istnienie obu tych dziwactw, to tzw. Standardowy Model Kosmologiczny, czyli współczesna najpopularniejsza wśród naukowców wykładnia dotycząca struktury, składu i historii Wszechświata, zakłada, iż „zwykła” materia stanowi zaledwie 5% całości. Niewiele, prawda?

 

Kłótnie wokół „ciemnych” składników Wszechświata trwają w najlepsze, w ostatnich dniach jednak pojawiła się niepostrzeżenie praca naukowa, która dorzuca swój całkiem spory kamyczek do tej dyskusji – tym razem przedstawiając wyniki sugerujące poprawność Standardowego Modelu, inaczej mówiąc – wspierając hipotezę o istnieniu „ciemnych” złoczyńców. Pierwszego listopada na łamach „Astrophysical Journal” ukazała się bowiem praca zespołu naukowców, kierowanego przez panią profesor Sarah Church z Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC, Stanford University, Palo Alto, USA) oraz Waltera Gear z School of Physics and Astronomy przy Cardiff University (Cardiff, UK). który w oparciu o wnikliwą analizę promieniowania CMB potwierdza dość jednoznacznie, że Model Standardowy wydaje się być bardzo bliski temu, z czym mamy do czynienia w naszym Wszechświecie.

 

Na Biegunie Południowym znajduje się teleskop przynależący do tzw. kolaboracji QUaD (QUEST and DASI), teleskop o średnicy 2,6 metra, który w sumie jest w uproszczeniu tzw. bolometrem, inaczej mówiąc termometrem, który mierzy w jaki sposób określone rodzaje promieniowania nagrzewają metalowe czujniki detektora. Miejsce dla eksperymentu wybrano nieprzypadkowo – wspomniana na początku niska temperatura ma swoje znaczenie, choć i tak jest nieporównywalnie wyższa od temperatury urządzenia – aby zakłócenia otoczenia nie mogły zafałszować wyników obserwacji, urządzenie schładzane jest do temperatury bardzo bliskiej zera absolutnego. Na co jednak teleskop rzuca okiem, zapytacie – już odpowiadam.

 

CMB to promieniowanie elektromagnetyczne a te może być (lub nie) spolaryzowane. Posiadacze aparatów fotograficznych próbujący trochę poważniej podejść do fotografii z pewnością wiedzą, jak zmienia się rejestrowany obraz po założeniu na obiektyw polaryzatora i przekręceniu go o 90 stopni (w przypadku kołowego), ten sam mechanizm dotyczy jednak generalnie fal (z pewnymi wyjątkami) – światło spolaryzowane to inaczej mówiąc (w dużym uproszczeniu) światło takie, w przypadku którego oscylacje fali elektromagnetycznej następują tylko w kierunku prostopadłym do kierunku przemieszczania się fali – niewiele co prawda mi to mówi jako wybitnemu laikowi, jednak różnicę na wykonywanych zdjęciach widzę i to mi wystarcza, mniejsza zresztą o mechanizm za tym stojący. Co prawda większość promieniowania, z którym mamy styczność, nie jest zasadniczo spolaryzowana, jednak nie jest to cecha, z którą światło musi się „rodzić” i która nie może zostać nabyta – poprzez kontakt z materią światło może zostać spolaryzowane. I taką cechę – polaryzację – wykazuje również kosmiczne promieniowanie tła.

 

Mimo że promieniowanie CMB ochłodziło się niewspółmiernie od czasów, kiedy zostało wyemitowane, to zachowało jednak wzorzec polaryzacji z epoki, która miała miejsce niespełna 400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, kiedy to Wszechświat stał się w końcu przeźroczysty dla promieniowania elektromagnetycznego. Co jednak ważne, polaryzacja CMB wydaje się mieć ścisły związek z dystrybucją materii w tak wczesnym Wszechświecie – w związku z tym naukowcy, którzy są w stanie precyzyjnie zbadać polaryzację CMB, są również w stanie tworzyć szczegółowe mapy rozkładu materii we wczesnym Wszechświecie. Tego właśnie dokonali  naukowcy z obu wspomnianych wyżej uczelni – wykonali oni, korzystając z teleskopu eksperymentu QUaD mapy rozkładu (i – co ważne – również prędkość przemieszczania się!) materii w niemowlęcym wieku Wszechświata o niespotykanej dotąd precyzji.

 

W pracy zaprezentowanej na łamach „Astrophysical Journal” zespół Church i Geara przedstawia takowe mapy, wysnuwając również na ich podstawie dość znaczące wnioski – wszystko wskazuje na to, że charakterystyka polaryzacji CMB zgadza się zaskakująco dobrze z przewidywaniami Modelu Standardowego, wedle którego Wszechświat składa się w 5% ze „zwykłej” materii i pozostałych 95% „ciemnych” składników. Więcej nawet – Wszechświat, który byłby złożony tylko ze „zwykłej” materii, nie mógłby, opierając się na tych mapach, wyglądać tak, jak wygląda obecnie. „Zwykła” oraz „ciemna” materia w różny sposób wpływają na szczegóły (o których wolę się nie wypowiadać w swej niewiedzy) związane z charakterem polaryzacji CMB, z tego względu promieniowanie to stanowi klucz do tego, by w pośredni sposób potwierdzić istnienie „ciemnych” treści we Wszechświecie.

 

Jak sądzę jest to dość znaczące stwierdzenie – alternatywne modele, które posyłają w diabły „ciemne” składniki, tracą w pewnym sensie grunt pod nogami, Standardowy Model, dopieszczający „ciemnąâ€ materię i energię, zyskuje na sile. Można oczywiście tutaj dyskutować zawzięcie (choć do tego potrzebna jest odpowiednia wiedza, którą nie dysponuję) i zarzucać naukowcom to i owo, jednak sam, mimo sceptycznej postawy wobec „ciemnych” składników, muszę przyznać, że trudno mi w jakiś sensowny sposób zarzucić naukowcom błędy – co prawda nikt nie pokazał nam bezpośrednio „grudki” ciemnej materii, jednak związek między polaryzacją CMB a zawartością Wszechświata z jakiegoś powodu wskazuje na niewygodną dla wielu strukturę. Pozostaje tylko czekać na kolejne próby obalenia lub umocnienia hipotez „ciemnych” składników.

 

 

Źródła:

 

Link 1

 

Link 2

 

Link 3

 

Zdjęcie: Teleskop QuAD

 

Źródło zdjęcia

 

Credit: Rfriedman81/Wikipedia

Wyświetl pełny artykuł