Поклонники детективов знают, что лучший способ разгадать тайну - это вернуться к месту, где она началась, и поискать подсказки. Чтобы понять тайны нашей Вселенной, ученые пытаются вернуться как можно дальше к Большому Взрыву. Новый анализ данных о космическом микроволновом фоновом (CMB) излучении, проведенный исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), позволил оглянуться назад во времени - от 100 до 300 000 лет после Большого взрыва - и предоставил дразнящие новые данные. намеки на то, что могло произойти.
Мы обнаружили, что стандартная картина ранней Вселенной, в которой доминирование излучения сменилось доминированием материи, соответствует уровню, на котором мы можем проверить его с помощью новых данных, но есть намеки на то, что излучение не дало материи именно так, как ожидалось», - говорит Эрик Линдер, физик-теоретик из физического отдела лаборатории Беркли и участник космологического проекта сверхновой.«Похоже, наблюдается избыточное излучение, которое не связано с фотонами реликтового излучения».
Наши знания о Большом Взрыве и раннем формировании Вселенной почти полностью основаны на измерениях реликтового излучения, первичных фотонов, высвобождающихся, когда Вселенная достаточно остыла для разделения частиц излучения и частиц материи. Эти измерения показывают влияние реликтового излучения на рост и развитие крупномасштабной структуры, которую мы наблюдаем сегодня во Вселенной.
Линдер, работая с Алирезой Ходжати и Йоханом Самсингом, которые в то время были в гостях у ученых в лаборатории Беркли, проанализировали последние спутниковые данные миссии Планка Европейского космического агентства и зонда микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP) НАСА, которые продвинули измерения реликтового излучения. к более высокому разрешению, более низкому уровню шума и большему охвату неба, чем когда-либо прежде.
«С данными Planck и WMAP мы действительно отодвигаем границы и заглядываем еще дальше в историю Вселенной, к областям физики высоких энергий, к которым мы раньше не могли получить доступ», - говорит Линдер.«Хотя наш анализ показывает, что за реликтовым послесвечением фотонов реликтового излучения Большого взрыва, как и ожидалось, следует в основном темная материя, также было отклонение от стандарта, которое намекает на релятивистские частицы за пределами света реликтового излучения».
Линдер говорит, что главными подозреваемыми, стоящими за этими релятивистскими частицами, являются «дикие» версии нейтрино, фантомоподобные субатомные частицы, которые являются вторыми по численности обитателями (после фотонов) сегодняшней Вселенной. Термин «дикие» используется для того, чтобы отличить эти первичные нейтрино от ожидаемых в физике элементарных частиц и наблюдаемых сегодня. Еще одним подозреваемым является темная энергия, антигравитационная сила, которая ускоряет расширение нашей Вселенной. Опять же, однако, это было бы из-за темной энергии, которую мы наблюдаем сегодня.
«Ранняя темная энергия - это класс объяснений происхождения космического ускорения, который возникает в некоторых моделях физики высоких энергий», - говорит Линдер. «В то время как обычная темная энергия, такая как космологическая постоянная, разбавляется до одной миллиардной части от общей плотности энергии примерно во время последнего рассеяния реликтового излучения, ранние теории темной энергии могут иметь плотность энергии от 1 до 10 миллионов раз больше."
Линдер говорит, что ранняя темная энергия могла быть движущей силой, которая семь миллиардов лет спустя вызвала нынешнее космическое ускорение. Его фактическое открытие не только дало бы новое понимание происхождения космического ускорения, но, возможно, также предоставило бы новые доказательства для теории струн и других концепций в физике высоких энергий.
«Новые эксперименты по измерению поляризации реликтового излучения, которые уже проводятся, такие как телескопы POLARBEAR и SPTpol, позволят нам глубже изучить первобытную физику, - говорит Линдер.
Линдер, Ходжати и Самсинг являются авторами статьи, описывающей эти результаты, в журнале Physical Review Letters под названием «Новые ограничения на историю раннего расширения Вселенной». Ходжати сейчас работает в Институте ранней Вселенной в Южной Корее, а Самсинг работает в Центре космологии DARK в Дании.