Новейшие результаты измерений реликтового излучения Вселенной

Наша Вселенная сформировалась примерно 13,8 миллиарда лет назад в результате гигантской вспышки, называемой Большим взрывом. Примерно через 380 000 лет после этого материя (тогда в основном водород) остыла до достаточно низких температур, чтобы могли формироваться нейтральные атомы, и свет стал свободно распространяться в космическом пространстве. Этот свет, получивший название «реликтового излучения», кажется нам идущим со всех направлений неба одновременно и равномерно – но лишь на первый взгляд! В последние десятилетия ученые открыли, что в этом излучении имеются небольшие волны и «бугорки» на уровне яркости порядка одной стотысячной от средней яркости излучения – соответствующие зародышам будущих структур, таких как галактики.
Астрономы пришли к выводу, что эти волны также содержат следы первичного взрывного расширения – так называемой «инфляции» - в результате которой произошло «набухание» нового мира на 33 порядка величины в течение всего лишь 10^(-33) секунд. Этот процесс должен был оказать определенное воздействие на реликтовое излучение в связи с гравитационными волнами, возникавшими в период «младенчества» Вселенной, интенсивность которых была, вероятно, в сотни раз ниже интенсивности самих волн реликтового излучения.
В результате этого воздействия гравитационных волн на реликтовое излучение в нем ожидается увидеть так называемую B-моду поляризации, причем ее величина должна быть очень мала. Другие экзотические процессы, происходящие во Вселенной, затрудняют эти наблюдения – так, например, отражение света от частиц пыли нашей Галактики, ориентированных определенным образом в магнитных полях, приводит к формированию излучения, также имеющего B-моду поляризации.
В новом исследовании группа под руководством П.А.Р. Аде (P. A. R. Ade) приводит результаты анализа многолетних наблюдений реликтового излучения при помощи различных экспериментов, осуществляющих сбор информации в окрестностях Южного полюса (BICEP2, Keck Array и BICEP3 до 2018 г.) и космических обсерваторий Planck и WMAP (хотя эти спутники завершили сбор информации в 2013 г. и 2010 г. соответственно, обработка собранных данных до сих пор продолжается, и ученые использовали в своей работе релиз от 2018 г.). Эти новые результаты позволяют наложить в два раза более строгие ограничения на изменения реликтового излучения, обусловленные инфляцией Вселенной, и отбраковать ряд современных моделей, описывающих этот процесс.
В результате проведенной работы удалось исключить из рассмотрения широкий класс простых моделей процесса инфляции Вселенной. Команда сообщает, что наиболее перспективные из оставшихся моделей прогнозируют изменения реликтового излучения под действием первичных гравитационных волн на уровне выше предела чувствительности экспериментов Южного полюса, поэтому в ближайшее десятилетие Аде и его группа рассчитывают получить данные, которые позволять наложить на современные модели инфляции Вселенной еще более строгие ограничения.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.....