Ahli kosmologi dari Institut Teknologi California telah menggunakan pemerhatian yang menyelidiki kembali ke zaman terpencil alam semesta ketika atom pertama kali terbentuk untuk mengesan pergerakan di antara benih yang menimbulkan gugusan galaksi. Hasil baru menunjukkan pergerakan bahan primordial dalam perjalanan untuk membentuk kelompok galaksi dan superclusters. Pemerhatian diperoleh dengan instrumen yang tinggi di Andes Chili yang dikenal sebagai Cosmic Background Imager (CBI), dan mereka memberikan keyakinan baru terhadap ketepatan model standard alam semesta awal di mana inflasi yang cepat berlaku sekejap setelah Big Bang .
Ciri baru dari pengamatan polarisasi ini adalah mereka mengungkapkan secara langsung benih gugus galaksi dan gerakannya ketika mereka membentuk kelompok galaksi pertama.
Melaporkan dalam edisi dalam talian 7 Oktober Science Express, Caltech's Rawn Professor Astronomy, dan penyelidik utama mengenai projek CBI, Anthony Readhead dan pasukannya mengatakan hasil polarisasi baru memberikan sokongan yang kuat untuk model standard alam semesta sebagai tempat di mana bahan gelap dan tenaga gelap jauh lebih lazim daripada bahan sehari-hari seperti yang kita ketahui, yang menimbulkan masalah besar bagi fizik. Kertas pendamping yang menggambarkan pemerhatian polarisasi awal dengan CBI telah diserahkan kepada Jurnal Astrofizik.
Latar belakang kosmik yang diperhatikan oleh CBI berasal dari era hanya 400,000 tahun setelah Big Bang dan memberikan banyak maklumat mengenai sifat alam semesta. Pada zaman terpencil ini, tidak ada struktur alam semesta yang sudah ada - tidak ada galaksi, bintang, atau planet. Sebaliknya hanya terdapat turun naik kepadatan kecil, dan inilah benih dari mana galaksi dan bintang terbentuk di bawah tangan graviti.
Instrumen sebelum CBI telah mengesan turun naik pada skala sudut besar, sesuai dengan jisim yang jauh lebih besar daripada superclusters galaksi. Resolusi CBI yang tinggi membolehkan benih struktur yang kita amati di sekitar kita di Space Magazine diperhatikan untuk pertama kalinya pada Januari 2000.
Alam semesta yang berkembang menyejukkan dan 400,000 tahun selepas Ledakan Besar itu cukup sejuk untuk elektron dan proton bergabung untuk membentuk atom. Sebelum masa ini foton tidak dapat bergerak jauh sebelum bertembung dengan elektron, dan alam semesta seperti kabut tebal, tetapi pada ketika ini alam semesta menjadi telus dan sejak saat itu foton telah mengalir bebas ke seluruh alam semesta untuk mencapai teleskop kita hari ini, 13.8 bilion tahun kemudian. Oleh itu, pengamatan terhadap latar belakang gelombang mikro memberikan gambaran tentang alam semesta kerana ia hanya 400,000 tahun selepas Big Bang - jauh sebelum terbentuknya galaksi, bintang, dan planet pertama.
Data baru dikumpulkan oleh CBI antara bulan September 2002 dan Mei 2004, dan meliputi empat tambalan langit, meliputi luas keseluruhan tiga ratus kali ukuran bulan dan menunjukkan perincian halus hanya sebahagian kecil dari ukuran bulan. Hasil baru didasarkan pada sifat cahaya yang disebut polarisasi. Ini adalah harta benda yang dapat diperagakan dengan mudah dengan sepasang cermin mata hitam polarisasi. Sekiranya seseorang melihat cahaya yang dipantulkan dari kolam melalui kacamata hitam tersebut dan kemudian memutar kacamata hitam, seseorang akan melihat cahaya yang dipantulkan berbeza dalam kecerahannya. Ini kerana cahaya yang dipantulkan terpolarisasi, dan kacamata hitam polarisasi hanya mengirimkan cahaya yang polarisasinya sejajar dengan kacamata. CBI juga memilih cahaya terpolarisasi, dan perincian cahaya ini yang mengungkapkan gerakan biji benih galaksi.
Dalam intensiti total kita melihat serangkaian puncak dan lembah, di mana puncak adalah harmonik berturut-turut dari "nada" asas. Dalam pelepasan terpolarisasi kita juga melihat serangkaian puncak dan lembah, tetapi puncak pelepasan terpolarisasi bertepatan dengan lembah dalam intensitas total, dan sebaliknya. Dengan kata lain, pelepasan polarisasi tidak sesuai dengan intensiti total. Sifat pelepasan polarisasi ini berada di luar tahap dengan intensiti total menunjukkan bahawa pelepasan terpolarisasi timbul dari pergerakan bahan.
Pengesanan pertama pelepasan polarisasi oleh Degree Angular Scale Interferometer (DASI), projek saudara CBI, pada tahun 2002 memberikan bukti dramatik pergerakan di alam semesta awal, seperti yang dilakukan pengukuran oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) pada tahun 2003 Hasil CBI yang diumumkan hari ini secara signifikan menambah penemuan sebelumnya dengan menunjukkan secara langsung, dan pada skala kecil yang sesuai dengan gugus galaksi, bahawa pelepasan terpolarisasi tidak sesuai dengan intensitas total.
Data lain mengenai polarisasi latar gelombang mikro kosmik dikeluarkan dua minggu yang lalu oleh pasukan DASI, yang hasilnya selama tiga tahun menunjukkan bukti yang lebih kuat bahawa polarisasi itu disebabkan oleh latar belakang kosmik dan tidak tercemar oleh radiasi dari Bima Sakti. Oleh itu, hasil dari kedua-dua projek saudara ini saling melengkapi dengan indah, seperti niat Readhead dan John Carlstrom, penyiasat utama DASI dan pengarang bersama di kertas CBI, ketika mereka merancang kedua instrumen ini satu dekad yang lalu.
Menurut Readhead, "Fizik tidak mempunyai penjelasan yang memuaskan untuk tenaga gelap yang menguasai alam semesta. Masalah ini memberikan cabaran paling serius bagi fizik asas sejak revolusi kuantum dan relativistik satu abad yang lalu. Kejayaan percubaan polarisasi ini memberi keyakinan pada kemampuan kita untuk menyelidiki perincian latar belakang kosmik terpolarisasi, yang akhirnya akan memberi cahaya kepada sifat tenaga gelap ini. "
"Kejayaan eksperimen polarisasi ini telah membuka jendela baru untuk menjelajahi alam semesta yang memungkinkan kita untuk memeriksa instan pertama alam semesta melalui pengamatan gelombang gravitasi dari zaman inflasi," kata Carlstrom.
Analisis data CBI dilakukan dengan kerjasama kumpulan di National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dan di Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA).
"Ini benar-benar waktu yang menarik dalam penyelidikan kosmologi, dengan penumpuan teori dan pemerhatian yang luar biasa, alam semesta yang penuh dengan misteri seperti bahan gelap dan tenaga gelap, dan pelbagai teknologi baru yang hebat - ada potensi besar untuk penemuan mendasar di sini" kata Steve Myers dari NRAO, pengarang bersama dan anggota utama pasukan CBI sejak awal.
Menurut Richard Bond, pengarah CITA dan pengarang makalah, "Sebagai ahli teori pada awal tahun delapan puluhan, ketika kami pertama kali menunjukkan bahawa besarnya polarisasi latar belakang gelombang mikro kosmik kemungkinan akan menjadi faktor kekuatan seratus turun dari variasi suhu minit yang merupakan usaha berani untuk mereka temukan, kelihatannya angan-angan bahawa walaupun pada masa akan datang, isyarat minit seperti itu akan terungkap. Dengan pengesanan polarisasi ini, yang diinginkan telah menjadi kenyataan, berkat kemajuan teknologi yang luar biasa dalam eksperimen seperti CBI. Sudah menjadi keistimewaan kami di CITA untuk terlibat sepenuhnya sebagai anggota pasukan CBI dalam melancarkan isyarat ini dan menafsirkan kepentingan kosmologi mereka untuk apa yang telah muncul sebagai model standard pembentukan dan evolusi struktur kosmik. "
Langkah seterusnya untuk Readhead dan pasukan CBI-nya adalah untuk memperbaiki pemerhatian polarisasi ini secara signifikan dengan mengambil lebih banyak data, dan untuk menguji sama ada atau tidak pelepasan polarisasi itu benar-benar tidak sesuai dengan intensiti total dengan tujuan untuk mencari beberapa petunjuk mengenai sifat dari bahan gelap dan tenaga gelap.
CBI adalah array teleskop gelombang mikro yang terdiri daripada 13 antena berasingan, masing-masing berdiameter kira-kira tiga kaki dan beroperasi dalam 10 saluran frekuensi, disusun secara bersama sehingga seluruh instrumen bertindak sebagai satu set 780 interferometer. CBI terletak di Llano de Chajnantor, dataran tinggi di Chile pada ketinggian 16.800 kaki, menjadikannya sejauh ini instrumen saintifik paling canggih yang pernah digunakan pada ketinggian sedemikian. Teleskop itu sangat tinggi, sebenarnya, anggota pasukan ilmiah mesti masing-masing membawa oksigen dalam botol untuk melakukan kerja.
Peningkatan keupayaan CBI ke polarisasi disokong oleh pemberian dermawan dari Kavli Operating Institute, dan projek ini juga merupakan penerima terima kasih yang berterusan dari Barbara dan Stanley Rawn Jr. CBI juga disokong oleh National Science Foundation, the Institut Teknologi California, dan Institut Penyelidikan Lanjutan Kanada, dan juga telah mendapat sokongan besar dari Maxine dan Ronald Linde, Cecil dan Sally Drinkward, dan Institut Kavli untuk Fizik Kosmologi di University of Chicago.
Sebagai tambahan kepada para saintis yang disebutkan di atas, makalah Science Express hari ini disusun oleh C. Contaldi dan J. L. Sievers dari CITA, J.K. Cartwright dan S. Padin, kedua-duanya dari Caltech dan University of Chicago; B. S. Mason dan M. Pospieszalski dari NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus, dan J. May semua Universiti Chile; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson, dan M. Shepherd of Caltech; W. Holzapfel dari UC Berkeley; E. M. Leitch dan C. Pryke dari University of Chicago; D. Pogosyan dari University of Toronto dan University of Alberta; dan R. Bustos, R. Reeves, dan S. Torres dari University of Concepci? n, Chile.
Sumber Asal: Siaran Berita Caltech
