Teleskopë të rinj për të studiuar pasojat e Big Bengut

Astronomët aktualisht po shtyjnë kufijtë e astronomisë. Pikërisht në këtë moment, observatorët si Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) po vizualizojnë yjet dhe galaktikat më të hershme në univers, të cilat u formuan gjatë një periudhe të njohur si “Epoka e Errët Kozmike”. Kjo periudhë më parë ishte e paarritshme për teleskopët, sepse universi përshkohej nga retë e hidrogjenit neutral.

Si rezultat, drita e vetme është e dukshme sot si rrezatim relikt nga Big Bengu – sfondi kozmik i mikrovalës (CMB) – ose si vija spektrale 21 cm e krijuar nga rijonizimi i hidrogjenit (i njohur ndryshe si Linja e Hidrogjenit).

Tani që velloja e Epokës së Errët po tërhiqet ngadalë, shkencëtarët po mendojnë për kufirin tjetër në astronomi dhe kozmologji duke vëzhguar ” valët gravitacionale primordiale ” të krijuara nga Big Bengu. Në lajmet e fundit, u njoftua se Fondacioni Kombëtar i Shkencës (NSF) i kishte dhënë 3.7 milionë dollarë Universitetit të Çikagos, pjesa e parë e një granti që mund të arrijë deri në 21.4 milionë dollarë. Qëllimi i këtij granti është të financojë zhvillimin e teleskopëve të gjeneratës së ardhshme që do të hartojnë CMB dhe valët gravitacionale të krijuara menjëherë pas Big Bengut.

Valët gravitacionale (GW), të parashikuara fillimisht nga teoria e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit , janë valëzime në hapësirë-kohë të shkaktuara nga bashkimi i objekteve masive – si vrimat e zeza dhe yjet neutron. Shkencëtarët kanë teorizuar gjithashtu se ka GW të formuara gjatë Big Bengut që mund të jenë ende të dukshme sot si dridhje në sfond. Në bashkëpunim me Laboratorin Kombëtar Lawrence Berkeley (LBNL), studiuesit nga projekti CMB-S4 Universiteti i Çikagos kërkojnë të ndërtojnë teleskopë dhe infrastrukturë në Antarktidë dhe Kili për të kërkuar këto valë.

Bashkëpunimi aktualisht përfshin 450 shkencëtarë nga më shumë se 100 institucione në 20 vende. I gjithë projekti propozohet të financohet bashkërisht nga NSG dhe Departamenti i Energjisë i SHBA (DoE), me pjesën e NSF-së që drejtohet nga Universiteti i Çikagos, ndërsa Laboratori Kombëtar Lawrence Berkeley do të drejtojë pjesën e DoE. Projekti pritet të kushtojë një total prej rreth 800 milionë dollarë dhe të bëhet funksional në fillim të viteve 2030. Përveç kërkimit të GW-ve parësore, këta teleskopë gjithashtu mund të hartojnë CMB-në në detaje të pabesueshme dhe të zbulojnë se si universi ka ndryshuar me kalimin e kohës.

Këta teleskopë mund të ndihmojnë gjithashtu në kërkimin e “universit të errët” të pakapshëm dhe të vërtetojnë modelet tona aktuale kozmologjike. John Carlstrom është Profesor i Shquar i Shërbimit Subrahmanyan Chandrasekhar i Astronomisë dhe Astrofizikës dhe Fizikës në UChicago dhe shkencëtar i projektit për CMB-S4. “Me këta teleskopë, ne do të testojmë teorinë tonë se si u krijua i gjithë universi ynë, por gjithashtu do të shikojmë fizikën në shkallët më ekstreme në një mënyrë që thjesht nuk mund ta bëjmë me eksperimentet e fizikës së grimcave në Tokë,” tha ai në një UChicago . Deklaratë lajmesh .

Për shkak se CMB mbart informacione për lindjen e universit, shkencëtarët e kanë hartuar atë për dekada. Këto përfshijnë teleskopë me bazë hapësinore si Sovjetik RELIKT-1, Eksplorues i Sfondit Kozmik të NASA-s (COBE), Sonda e Anisotropisë së Mikrovalëve Wilkinson (WMAP) dhe sateliti Planck i ESA-s. Këto misione kanë matur anizotropi (luhatje) të vogla të temperaturës në CMB me detaje në rritje, duke ofruar sugjerime se si filloi universi. Ajo që nevojitet, megjithatë, janë teleskopët mjaft të ndjeshëm për t’iu përgjigjur pyetjeve më të thella kozmologjike, si nëse universi filloi me një shpërthim inflacioni.

Për këtë qëllim, CMB-S4 do të ndërtojë instrumente tepër komplekse për të hartuar dritën e parë të universit nga anija kozmike dhe toka. Grupi do të përfshijë dy teleskopë të rinj në Rrafshnaltën Kiliane Atacama dhe nëntë më të vegjël në Stacionin e Polit Jugor të NSF (SPS). Projekti do të mbështetet gjithashtu në teleskopin e Polit të Jugut, i cili ka qenë funksional në SPS që nga viti 2007. Çdo vend do të luajë një rol thelbësor, me teleskopët në Kili që kryejnë një studim të gjerë të qiellit për të kapur një pamje më të detajuar të CMB . Ndërkohë, teleskopët në Stacionin e Polit Jugor të NSF do të hidhnin një vështrim të thellë dhe të vazhdueshëm në një pjesë më të vogël të qiellit.

Vëzhgimet nga Kili do të ndihmojnë në përmirësimin e të kuptuarit tonë për evolucionin dhe shpërndarjen e materies dhe kërkimin e grimcave të dritës relike që mund të kenë ekzistuar në universin e hershëm. Ndërkohë, teleskopët në Antarktidë do të ofrojnë një pamje unike të universit, pasi është këtu që pjesa tjetër e Tokës rrotullohet rreth e rrotull, duke lejuar vëzhgime të vazhdueshme të një pjese të qiellit. Përpjekjet e tyre të kombinuara do t’i lejojnë astronomët të kërkojnë valëzimet në hapësirë-kohë që mund të dalin vetëm nga një hapësirë ​​më e vogël se një grimcë nënatomike që zgjerohet papritmas në një vëllim shumë më të madh.

Tha fizikani i Laboratorit Kombëtar Lawrence Berkeley, Jim Strait ( drejtori i projektit për CMB-S4 ), ky është një qëllim ambicioz, por i vlefshëm. “Në shumë mënyra, teoria e inflacionit duket e mirë, por shumica e provave eksperimentale janë disi rrethanore,” tha ai. “Gjetja e valëve gravitacionale primordiale do të ishte ajo që disa njerëz e kanë quajtur ‘armë tymosëse’ për inflacion.”

Meqenëse këto valëzime do të ndërveprojnë me CMB dhe do të lënë një nënshkrim të dallueshëm (por jashtëzakonisht të zbehtë), hartëzimi në shkallë të gjerë dhe i vazhdueshëm i CMB duhet të sigurojë indikacione për ekzistencën e tyre. CMB-S4 duhet gjithashtu të japë të dhëna për natyrën e materies së errët dhe energjisë së errët. Ndërsa e para teorizohet se përbën shumicën e masës në univers (rreth 69%), e dyta është përgjegjëse për shpejtësinë e saj të përshpejtimit të zgjerimit. Për më tepër, hartëzimi i valëve gravitacionale primordiale do të ndihmonte gjithashtu shkencëtarët të gjenin lidhjen midis forcave të gravitetit dhe mekanikës kuantike.

Detektorët e mikrovalëve janë tashmë aq të ndjeshëm sa matjet dominohen nga zhurma e sfondit dhe ndërhyrja lokale. Prandaj, plani është që të pajiset eksperimenti i kombinuar CMB-S4 me afro 500,000 detektorë superpërcjellës, më shumë se të gjitha eksperimentet e mëparshme të kombinuara, dhe të rritet shumë numri i matjeve për të siguruar një matje të saktë të nivelit të sinjalit dhe për të zvogëluar zhurmën. Granti i ri nga NSF do të ndihmojë në financimin e projektimit të teleskopëve të rinj dhe infrastrukturës së vendit, i cili do të jetë më kompleksi i ndërtuar ndonjëherë.