Новости / Космос

5:00 / 15.09.19

Дэвид Спергел: анализ данных, собранных аппаратурой космической обсерватории Planck

Дэвид Спергел: анализ данных, собранных аппаратурой космической обсерватории Planck

Дэвид Спергел, руководитель астрофизического отделения Принстонского университета / Фото: www.aip.org

Европейское космическое агенство обнародовало обширный массив материалов, основанных на обработке и анализе данных, собранных аппаратурой космической обсерватории Planck. Она была запущена 14 мая 2009 года и к 3 июля достигла расчетной околосолнечной орбиты вблизи второй точки Лагранжа. Станция находилась в рабочем режиме в течение без малого четырех с половиной лет — до октября 2013 года.

Главная задача обсерватории состояла в детальном промере интенсивности и поляризации микроволнового реликтового излучения, которое содержит богатейшую информацию о ранней стадии эволюции нашей Вселенной. Ее инструменты позволяли проводить эти измерения по всей небесной сфере на девяти полосах частот в диапазоне от 30 до 857 ГГц (пик интенсивности реликтового излучения приходится на частоту 160,2 ГГц). Другие задачи включали составление каталога галактических скоплений, наблюдение отклонений реликтовых фотонов в локальных полях тяготения (так называемое гравитационное линзирование), регистрацию источников радиоволн и инфракрасного излучения, лежащих вне нашей Галактики, наблюдение внутригалактических структур и сбор информации о планетах, кометах и астероидах Солнечной системы.

Первые снимки, сделанные аппаратурой «Планка», были опубликованы 17 марта 2010 года. Через три года его команда обнародовала первый большой отчет о результатах всенебосводного сканирования реликтового излучения, которые, в частности, позволили уточнить возраст Вселенной и доли обычного (барионного) вещества, темной материи и темной энергии в ее составе. Второй отчет был впервые представлен 1 декабря 2014 года на конференции в Ферраре и, как говорилось в начале, 5 февраля сделан достоянием широкой публики.

Я попросил прокомментировать новые материалы Дэвида Спергела, руководителя астрофизического отделения Принстонского университета, одного из крупнейших в мире специалистов по реликтовому излучению. Вот запись нашей беседы.

- Дэвид, вот уже больше тридцати лет реликтовое излучение исследуют и с Земли, и из космоса, причем с растущей интенсивностью. Казалось бы, за это время из него можно было выжать едва ли не всю интересную информацию, однако ее поток не ослабевает. Почему так происходит?

- Первые приемники реликтового излучения могли выполнять довольно грубые измерения. Однако приборная база этих исследований быстро совершенствовалась, причем параллельно создавались и новые средства компьютерной обработки результатов. Не будет преувеличением сказать, что технические ресурсы, которые использовались для сбора и анализа этих данных, удваивали свои возможности каждые несколько лет. Так что мы можем извлекать из этих измерений все больше ценных сведений, которые улучшают наше понимание ранней эволюции Вселенной.

- И какие тайны мироздания несут с собой реликтовые фотоны?

- Ранняя Вселенная не отличалась особой сложностью. Именно поэтому удается достаточно точно описать ее фундаментальные свойства и смоделироовать ее эволюцию. В этом нам сильно повезло. Возьмем для сравнения объект посложнее, скажем, водопад. Было бы очень трудно точно смоделировать его динамику, наблюдая падение водяных струй. Точно так же трудно моделировать формирование галактик на основе телескопических наблюдений. Но Вселенная вскоре после Большого Взрыва была почти что идеально однородной. Хотя плотность материи и энергии не была строго постоянной по всему пространству, ее колебания были очень малы. Структура реликтового микроволнового излучения как раз и кодирует эти вариации. Эту кодировку мы расшифровываем с помощью современных космологических теорий.

- Надо понимать, что этот процесс продолжится и в будущем?

- Непременно. Космический телескоп «Планк» выполнил гигантскую работу. Она позволила в основном завершить картирование температурных флуктуаций реликтового излучения по всей небесной сфере. Теперь на повестке дня программа столь же полного картирования его поляризации, которая только начала выполняться. Она будет осуществляться как с помощью наземных установок, так и, возможно, с помощью новых космических платформ. Так что работы еще непочатый край.

- Теперь перейдем к последним публикациям команды «Планка». Что, по Вашему мнению, там самое главное?

- Прежде всего, это устойчивость стандартной космологической модели в свете новых данных. Я имею в виду теорию, которая позволяет понять эволюцию Вселенной на основе эйнштейновской общей теории относительности и предположения о существовании холодной темной материи и темной энергии. Прецизионные промеры флуктуаций температуры реликтового излучения, выполненные болометрами «Планка», вновь подтвердили адекватность этой модели. Для описания Вселенной она использует всего лишь шесть ключевых параметров, чьи численные значения определяются на основе наблюдений. Последние данные с «Планка» позволили уточнить эти значения — не в первый раз и, вероятно, не в последний. Однако эти уточнения никак не противоречат базисной модели. Это означает, что наше понимание эволюции Вселенной вновь выдержало проверку наблюдениями. Я хотел бы подчеркнуть, что в формировании современной картины космологической эволюции очень велик вклад Якова Борисовича Зельдовича и его школы.

Но это не все. Новые данные с «Планка» позволили отбраковать сразу несколько версий инфляционной космологии. Теперь можно с уверенностью сказать, что самые простые инфляционные модели не соответствуют реальности. Это означает, что для правильного описания эпохи инфляции и ее последствий нужны модели посложнее. «Планк» также прислал детальную информацию о гравитационном линзировании реликтового излучения, которая принесет много пользы в исследованиях космоса. Такие сведения имелись и раньше, но «Планк» впервые собрал их по всему небосводу.

- Эти результаты проходят по ведомству космологии. А как насчет астрофизики?

- Ну, скажем, получена новая оценка возраста реионизации космического пространства. Мы знаем, что первые звезды стали вспыхивать очень рано, скорее всего через 50-100 миллионов лет после Большого взрыва. Космическое пространство тогда было заполнено холодным нейтральным газом, преимущественно водородом. Звезды первого поколения были чрезвычайно массивными и, как следствие, очень горячими. Поэтому они испускали мощное ультрафиолетовое излучение, которое ионизировало нейтральные атомы и рождало космическую плазму. Сначала эти процессы имели место только вблизи звезд и галактик, но со временем охватили все пространство. Когда это произошло, началась эпоха реионизации космического водорода. Сейчас известно, что она закончилась на возрасте Вселенной в 900 миллионов лет, но время ее начала вызывало споры. До сих пор считалось, что оно соответствует возрасту Вселенной в 450 миллионов лет, однако такая оценка плохо сочеталась с другими астрофизическими данными. Новые промеры поляризации реликтового излучения свидетельствуют о том, что эпоха реионизации началась на 90-100 миллионов лет позже. Такая оценка не противоречит нашим представлениям о времени формирования первых галактик, основанным на наблюдениях с помощью оптических телескопов.

- Все показания приборов «Планка» уже собраны, где-то через год или даже быстрее его команда опубликует последние отчеты. А чего Вы ожидаете от будущих исследований реликтового излучения?

- Было бы слишком самонадеянно утверждать, что мы до конца понимаем то, что происходило в ранней Вселенной. Более того, мы допускаем, что Вселенная когда-нибудь укажет нам на наши ошибки. Однако анализ температурных флуктуаций реликтового излучения пока таких ошибок не выявил. Возможно, они обнаружатся, когда мы с помощью новой аппаратуры накопим больше информации о его поляризации. Так что работа продолжается.

Беседовал Алексей Левин.


МОСКВА, материалы издания "Научная Россия"
12


Оригинал

Теги: Дэвид Спергел, planck, космическая обсерватория «планк», микроволновое реликтовое излучение, эволюция вселенной