Вчені-астрофізики отримали докази існування гравітаційних хвиль і факту розширення Всесвіту
Вчені-астрофізики з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) повідомили про отримання доказів існування так званих первинних B-модів (B-modes), одного з видів поляризації космічного мікрохвильового фонового випромінювання (cosmic microwave background, CMB). Дане відкриття має величезне значення для розуміння людьми того, що відбувалося в найперші моменти існування Всесвіту, адже вищезгадані B-моди є виключно наслідком впливу гравітаційних хвиль, що утворилися в момент інфляційного періоду розвитку Всесвіту, який відбувався приблизно в проміжку часу від 10^-36 до 10^-32 секунди з моменту Великого Вибуху. Більш того, характеристики зареєстрованих вченими B-мод дають їм уявлення про фізичні процеси, що відбувалися в вищезазначений проміжок часу, в яких були задіяні енергії на рівні 10^16 Гев, що більш ніж в трильйон разів більше, ніж енергія зіткнень часток в надрах Великого Адронного Коллайдера.
Дані, завдяки яким вчені зробили важливе відкриття, були отримані в рамках проекту BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization), головним завданням якого є вивчення поляризації космічного мікрохвильового фону і в якому задіяний спеціальний телескоп, розташований неподалік від Південного полюса нашої планети. На жаль, вивчення космічного мікрохвильового фону не може бути проведено з високою точністю в будь-якому місці земної кулі, цьому перешкоджає інтенсивне поглинання випромінювання парами води, що знаходяться в повітрі. Поверхня поблизу Південного полюса, де розташовується телескоп BICEP, розташований на рівні 3000 метрів вище рівня океану, а середня температура в цьому районі взимку коливається біля позначки в -60 градусів за шкалою Цельсія. Такі умови роблять Південний полюс самим близьким до космосу і найсухішим місцем, ідеально підходить для спостережень і вимірів мікрохвильового фону. Телескоп BICEP, що має сто детекторів, що забезпечують чутливість в діапазоні від 100 до 150 ГГц, за рахунок ідеальних умов може працювати безперервно протягом 24 годин сім днів у тиждень, роблячи високоточні вимірювання мікрохвильового фону і характеристик його поляризації.
B-моди визначають саму нерівномірну частина всього образу поляризації космічного фону. B-моди з'являються в мікрохвильовому космічному тлі в результаті складних процесів взаємодії гравітаційних хвиль, створених у найбільш ранній момент існування Всесвіту. Процес інфляційного розширення перетворює виникають кванти гравітаційних коливань, гравітони, у довгохвильові гравітаційні хвилі, які і є джерелами виникнення B-мод.
В результаті проведених спостережень виявилося, що B-моди, що спостерігаються у реальному мікрохвильовому фоні, мають більш сильну амплітуду, ніж дають прості математичні моделі, які не враховують впливу первинних гравітаційних хвиль. Отримане значення амплітуди B-мод вказує на те, що близько 20 відсотків первинних гравітаційних збуджень приймають форму квантів гравітаційних коливань, які переходять у форму гравітаційних хвиль.
Слід зазначити, що високоточні вимірювання поляризації космічного мікрохвильового фону поповнять знання людей не тільки в області гравітаційних хвиль, ці дані є справжньою "скарбницею" і для інших областей фундаментальної фізики і космології, таких, як пряме виявлення гравітаційних хвиль, пряме спостереження за процесом розширення Всесвіту, дослідження процесів, що оперують енергіями на рівні 10^16 Гев, дослідження квантування гравітаційного поля і вивчення властивостей симетрії квантової гравітації.
Слід зазначити, що ні один набір даних, отриманий в ході попередніх експериментів і спостережень будь-якого плану, не містив такої великої кількості нової та корисної наукової інформації, ніж спостереження телескоп BICEP. Правильна інтерпретація ученими даних, зібраних телескопом BICEP, може забезпечити прогрес в області фундаментальної фізики мінімум на наступні кілька десятиліть. Ці дані, вже дозволили знайти відповіді на деякі питання, такі, як квантування гравітації, дозволять розробити нові методи, за допомогою яких стане можливим вивчення фізики в масштабі планковскої довжини, що вважалося раніше просто неможливим.