Космос

Гравитационные волны

admin
Всего просмотров: 72

Среднее время на прочтение: 3 минуты, 22 секунды

В марте 2014 года, на пресс-конференции в Гарварде, физиками было объявлено о совершении одного из самых значимых научных открытий 21 века.

Недавно было объявлено, что открытие оказалось ошибкой.

Изначально учёные сообщали, что при помощи телескопа BICEP2, расположенного недалеко от Южного Полюса, они обнаружили свидетельство существования гравитационных волн —– неоднородностей в гравитационном поле — важнейшее доказательство части теории Большого Взрыва. Физики всего мира ликовали, а открытию пророчили Нобелевскую премию.

Однако, спустя некоторое время, другие учёные начали проявлять скептицизм, поскольку считали, что причиной наблюдаемого явления может быть всего лишь пыль, рассеянная по всей галактике.

Европейское космическое агентство объявило сегодня результаты последовавшего открытию совместного исследования с использованием данных от космической обсерватории Планка и телескопа BICEP2: воздействие космической пыли действительно заглушает слабый сигнал, указывающий на гравитационные волны, что делает невозможным подтверждение их обнаружения.

Так в чем же на самом деле была суть открытия и почему оно так быстро развалилось? Вот краткая справка.

Что, как полагали физики, они обнаружили

Теория Большого Взрыва — это модель, описывающая возникновение вселенной. Вкратце, в ней утверждается, что 13,82 миллиарда лет тому назад вся наблюдаемая нами материя была сжата в одну невероятно плотную точку. Затем, внезапно, эта точка начала расширяться быстрее скорости света, став в итоге нашей вселенной.

Однако, согласно теории, расширение проходило с непостоянной скоростью: в течении малой доли секунды непосредственно после взрыва вселенная расширялась экспоненциально —– из точки, размером меньше атома, до объема, примерно равного шарику для игры в гольф она выросла практически мгновенно, а затем постепенно сбавляла темп роста. Эта часть теории называется инфляционной моделью.

«Инфляционное расширение — это грохот Большого Взрыва», — так в марте мне сказал Алан Гут, предложивший эту теорию в 1979 году. — «Этот процесс стал причиной, по которой Вселенная вступила в период огромного расширения»

 


Временная шкала роста размеров вселенной, участок инфляционного роста слева

Некоторые расчёты предсказывают, что инфляционное расширение должно было привести к явлению, называемому «гравитационные волны». Проще говоря, в гравитационном поле молодой микроскопической вселенной должны были существовать немного отличающиеся друг от друга области;– и с ростом вселенной, эти неоднородности должны были растягиваться в пространстве вместе с ней, формируя гравитационные флуктуации в гораздо большем масштабе. Эти гравитационные волны часто описывают, как «рябь» на ткани пространства-времени.

До недавних пор мы обладали доказательствами теории Большого Взрыва в целом, но не инфляционной модели: в основном единственной причиной придерживаться её был лишь ряд теоретических расчётов, проведённых в конце семидесятых.

Но учёные на протяжении многих лет не прекращали поисков физических доказательств, и 17 марта группа из четырёх человек (Джона Ковака, Клемента Прайка, Джейми Бока и Чао Лин Куо) объявила об их обнаружении, в виде косвенных свидетельств существования гравитационных волн.

В чём они ошиблись


Телескоп BICEP2

При помощи телескопа BICEP2 в Антарктике (где холодный сухой воздух снижает воздействие атмосферы Земли на наблюдения) учёные изучали слабое излучение, называемое «реликтовым», которое возникло сразу после Большого Взрыва и до сих пор бороздит просторы вселенной.

Они обнаружили отчётливый извилистый узор, формируемый излучением (официально названный «В-модой поляризации»). Такая поляризация могла бы быть вызвана тем, что свет пересекал гравитационные волны, распространяясь в пространстве молодой Вселенной миллиарды лет тому назад. Таким образом, открытие, будучи верным, стало бы триумфальным подтверждением правильности теории инфляции.


График, показывающий обнаруженные завихрения в поляризации излучения

Однако, такая поляризация могла быть вызвана и чем-то совершенно тривиальным, например, пылью. Основной проблемой было то, что в её поисках исследователи анализировали едва различимое излучение на небольшом участке неба, так что любые помехи (вызванные хоть той же галактической пылью) поставили бы крест на результатах их работы.

Исследователи пытались внести поправку на пыль в своих расчётах, однако вскоре после их объявления в марте, другие учёные обратили внимание на то, что команда могла неверно интерпретировать карту распределения пыли в разных участках неба. Это могло привести их к ложным выводам относительно плотности пыли — так что поляризация, найденная ими, могла быть вызвана просто неучтённой пылью, а не гравитационными волнами.

Когда их открытие было официально опубликовано в июне, они признавали, что это возможно. И в сентябре публикация исследователей, использовавших данные космической обсерватории Планка европейского космического агентства, подтвердила эти опасения, —– они обнаружили, что изучавшийся в рамках предыдущего исследования участок неба содержал больше пыли, чем предполагалось изначально.


Карта распределения пыли, опубликованная в сентябре. Телескоп BICEP2 собирал данные с участка, отмеченного черной рамкой справа

Сегодня ЕСА объявило о том, что новая публикация, подготовленная в соавторстве двумя группами исследователей, работавших с BICEP2 и обсерваторией Планка, содержит заключение о том, что, объединив свои данные, они теперь не могут достоверно утверждать, чем же именно была вызвана поляризация излучения: гравитационными волнами или же пылью.

Что будет дальше

Эти новые данные не опровергают существование гравитационных волн или же инфляционную модель в целом — так же, как и любые бесплодные раскопки в поисках окаменелых останков динозавров не ставят под сомнение их существование.

Напротив, эта неудача подстегнёт учёных продолжить поиски. И одним из позитивных результатов анализа данных обсерватории Планка, опубликованного в сентябре, является обнаружение участков неба с более низкой плотностью пыли.

Учёные, управляющие телескопом BICEP3, который будет введён в эксплуатацию недалеко от BICEP2, в ближайшие месяцы, скорее всего, сосредоточат свои поиски именно на этой части неба. Более низкая плотность пыли в этой части неба поможет в поиске доказательств существования гравитационных волн.

Оригинал: Vox
Перевел: Александр Коротеев для Newочём
Редактировал: Евгений Урываев