Реликты Большого Взрыва
9.06.2001 9:37 | scientific.ru

Недавно опубликованы последние результаты обработки эксперимента BOOMERanG, дающих спектр флуктуаций реликтового излучения Вселенной в масштабах от 5 градусов до 10 минут дуги. Эти данные можно рассматривать как еще один аргумент в пользу модели инфляционной, т.е. раздувающейся горячей Вселенной.

• >> Реликты Большого Взрыва   (scientific.ru, 9.06.2001 9:37, 5.9 КБайт, ответов: 1)

  Недавно опубликованы (Netterfield и др. astro-ph/0104460) последние результаты обработки эксперимента BOOMERanG, дающих спектр флуктуаций реликтового излучения Вселенной в масштабах от 5 градусов до 10 минут дуги.

  Название BOOMERanG - это аббревиатура от Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics. Телескоп BOOMERanG был первый раз запущен 29 декабря 1998 г. в Антарктиде, достиг высоты около 39 км и за 10 с лишним суток наблюдений собрал ценнейшую информацию о реликте в четырех полосах от 79 до 419 ГГц с помощью зеркала диаметром 1.2 м. Эти данные, как и другие (см. недавнюю заметку К.А.Постнова в Астронете , и на scientific.ru ) - можно рассматривать как еще один аргумент в пользу модели инфляционной, т.е. раздувающейся горячей Вселенной.

  Инфляцию предложил А.Гут (Alan Guth) 20 лет назад - а ряд идей, использованных в его работе, еще раньше выдвинули Э.Б.Глинер и И.Г.Дымникова (Письма в АЖ, т.1, No.5, с.7-9, 1975) - чтобы объяснить однородность Вселенной в больших масштабах, большое число фотонов относительно барионов (высокую энтропию) и спектр начальных возмущений плотности, которые затем выросли и дали образование галактик и их скоплений.

  Реликтовое излучение приходит к нам от эпохи примерно
  500 тыс.лет после Большого Взрыва, когда при температуре около 3000 К произошла рекомбинация первичной плазмы и вещество стало прозрачным для излучения. Из-за красного смещения z ~ 1000 мы теперь видим тепловое излучение с температурой 2.7 К - сниженной в 1+z раз. "Горячие" и "холодные" пятна на этом реликтовом фоне прямо говорят нам об условиях в плазме в эпоху рекомбинации. Кавычки здесь поставлены потому, что амплитуды возмущений температуры совсем ничтожны - они составляют всего лишь несколько десятков микроКельвинов на однородном фоне 2.7 К реликтового излучения. Поэтому и измерить такие вариации очень нелегко.

  На рисунке показан так называемый спектр мощности, по данным BOOMERANG'а - т.е. квадрат амплитуды возмущения температуры в зависимости от номера сферической гармоники l . Бросается в глаза пик при l около 200, что дает угловой размер пятен примерно 1 градус. Этот размер выделен тем, что соответствует физическому расстоянию, которое свет проходит за время от Большого Взрыва до рекомбинации t₁=500 тыс.лет, т.е. пятна б'ольших размеров уже не могли влиять друг на друга в эпоху рекомбинации.

  Казалось бы, угловой размер в радианах для пятна мы получим, если поделим t₁ на то время, что свет летит до нас, т.е. почти на возраст Вселенной t₀, примерно 15 млрд. лет. Однако отношение t₁/t₀ даст угол в радианах, гораздо меньший, чем 1 градус.

  В чем ошибка этого рассуждения? Оно забывает, что в момент t₁ линейные размеры любой дуги большого круга, которую мы сейчас видим были в 1+z~ 1000 раз меньше, чем сейчас. Т.е. угол для горячего пятна равен примерно (t₁/t₀)(1+z) в плоской Вселенной. То, что первый пик соответствует углу в 1 градус, как раз говорит, что Вселенная плоская, по данным BOOMERANG'а параметр W = 1.03 с ошибкой +/-0.06.

  На рисунке видны также второй и третий пик в спектре угловых возмущений реликтового фона. Это говорит о корреляции начальных флуктуаций, которую и предсказывает модель инфляционной Вселенной. Впрочем см. новость И.Иванова на scientific.ru.

  Результаты BOOMERanG'а подтверждаются наблюдениями на другом зонде Millimeter Anisotropy Experiment Imaging Array (MAXIMA), летавшем над Техасом в 1998 г., и на Degree Angular Scale Interferometer (DASI) - наземном инструменте на Южном полюсе.

  Из данных DASI (по относительной амплитуде двух первых пиков) следует, что только 4.5% массы и энергии Вселенной содержится в барионах. Это согласуется с BOOMERanG'ом - он дает долю барионов 0.07 +/- 0.03. Основная масса содержится в Темной Материи и Темной Энергии.

  Новая работа проводится по анализу второго полета зонда MAXIMA в 1999 г., а еще один полет BOOMERanG'а сейчас планируется. Скоро реликтовое излучение начнет наблюдать новый космический аппарат - Microwave Anisotropy Probe (MAP), с чувствительностью к флуктуациям до одного микроКельвина, из лагранжевой точки L2 системы Солнце-Земля в 1.5 млн. км от Земли. MAP должен быть запущен с мыса Канаверал 30-го июня.

  С.Блинников

  По материалам цитированных работ и www.spaceflightnow.com