 Астрофизики Калифорнийского университета с помощью телескопа HuanTran в Чили измерили мельчайшие гравитационные искажения в поляризованном излучении от ранней Вселенной и в очередной раз проверили некоторые аспекты общей теории относительности Эйнштейна.
Анализ измерений сузил рамки для оценки массы призрачных субатомных частиц, известных как нейтрино.
Исследование также может обеспечить физиков ключами к другим загадкам нашей Вселенной: как могут быть распределены в пространстве невидимая «темная материя» и «темная энергия».
Ученые измеряли изменения в поляризации микроволн,космического микроволнового фона ранней Вселенной. Они обнаружили, что поляризация (колебания волн происходят в одном направлении) произошла примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда космос охладился достаточно для того, чтобы протоны и электроны объединились в атомы.
Астрономы надеялись, что уникальная "подпись" В-режима поляризации позволит им эффективно "разглядеть" части Вселенной, невидимые для оптических телескопов, так как более плотные части Вселенной гравитационно влияют на поляризованный свет, слегка отклоняя его прохождение через пространство за 13,8 млрд. лет путешествия до Земли.
С помощью процесса, называемого "слабое гравитационное линзирование", глядя на искажения в структуре поляризации в В-режиме, ученые надеялись получить карту регионов Вселенной, заполненных невидимой "темной материей" и " темной энергией", а также проверить действие общей теории относительности на космологических масштабах.
Измеряя данные микроволнового фона от ранней вселенной, астрономы обнаружили слабое действие гравитационного линзирования в их данных что, возможно, позволит в дальнейшем сделать подробные карты структуры вселенной, ограничить оценку массы нейтрино и обеспечить проверку общей теории относительности.
Чанг Фэн, аспирант-физик Калифорнийского Университета в Сан-Диего, который проводил свое исследование , говорит: "Это было первое прямое наблюдение линзирования поляризованного микроволнового космического излучения. И удивительное дело - величина линзирования, отклонения поляризованного света, которую мы получили из данных наблюдений, соответствует тому, что предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Таким образом, мы теперь имеем все возможности применять общую теорию относительности на космологических масштабах".
В эксперименте рассматривался небольшой (квадрат в 30 градусов) участок неба для создания карты с высоким разрешением в В-режиме поляризации.Ученые определили, что амплитуда гравитационных колебаний, измеренных ими, согласуется с ведущей теоретической моделью Вселенной, известной как космологическая модель Лямбда (космологическая константа Лямбда используется для обозначения темной энергии, или как ее еще называют, энергии вакуума, в уравнениях ОТО, отсюда и название). Введение константы Лямбда в стандартную космологическую модель привело к появлению современной модели космологии, известной как Лямбда модель или лямбда-CDM модель. Она хорошо соответствует имеющимся космологическим наблюдениям.
Еще одна команда ученых использовала телескоп на Южном полюсе для изучения В-режима поляризации на более широком участке неба. В марте было объявлено, что они нашли доказательства инфляционной модели Вселенной.
Одним из самых важных на настоящий момент вопросов для физиков является оценка массы слабовзаимодействующего с чем-либо нейтрино. По некоторым теориям, считалось что нейтрино не имеют массы, но измерения показывают, что нейтрино имеет массу ниже 1,5 электрон-вольт.
Пока еще недостаточно статистики, чтобы сделать какие-либо твердые заявления о массе нейтрино. Но в течение следующего года ученые надеются проанализировать достаточно данных от этого и других экспериментов, чтобы обеспечить большую определенность в этом вопросе.
"Исследование является первым шагом к использованию поляризации и линзирования в качестве инструмента для измерения массы нейтрино. При этом лабораторией выступает вся Вселенная", - обнадежил Фэн. "В конце концов мы сможем получить достаточно данных о нейтрино, чтобы "взвесить" их - точно измерить их массу, это всего лишь вопрос времени."
Нейтрино - единственная пока фундаментальная элементарная частица, масса которого неизвестна. Такое открытие было бы поразительным достижением для астрономии, космологии и самой физики.
А в другом эксперименте, также связанном с темной материей, другие ученые потерпели неудачу. В экспериментах, проводимых с помощью установки HADES, они не нашли следов U-бозона в реакциях элементарных частиц. Это был один из возможных кандидатов на на роль частиц темной материи. Гипотетический U-бозон, иначе называемый темным фотоном, имеет небольшую массу покоя, предположительно, порядка нескольких микроэлектронвольт, и является переносчиком дальнодействующей силы неясной природы.
| 
