Przejdź do treści

Planck: nie potwierdzono i nie wykluczono anomalii w promieniowaniu tła

CMB-Planck

Satelita Planck (ESA) nie znalazł żadnych nowych dowodów na istnienie zaskakujących kosmicznych anomalii, jakie ujawniają się w pomiarach temperatury na mapach całego Wszechświata. Niedawne badania nie wykluczają wprawdzie całkiem ich istnienia, ale wskazują  na konieczność kontynuacji związanych z tą zagadką badań.

Ostatnie wyniki uzyskane przez satelitę Planck są wynikiem analizy rozkładu polaryzacji kosmicznego promieniowania tła (CMB), czyli najstarszego światła, jakie kiedykolwiek pojawiło się w kosmosie. Pierwotne wyniki pochodzące z tego samego satelity, opublikowane w roku 2013, koncentrowały się na pomiarach temperatury tego promieniowania na całym niebie. Pozwoliło to astronomom na zbadanie początków i wczesnej ewolucji Wszechświata. Dane te w większości potwierdziły nasz obecny obraz tej ewolucji, jednak pojawiły się i nurtujące astronomów do dziś odstępstwa od przyjętych założeń. Co więcej - anomalie te są trudne do wyjaśnienia na gruncie standardowego modelu kosmologicznego.

Zaobserwowane anomalie to słabe cechy rozkładu obserwowanego promieniowania tła, ujawniające się dopiero w dużej skali kątowej. Wiadomo już, że raczej nie są to żadne sztuczne artefakty będące wynikiem pracy satelity czy późniejszej obróbki danych. To raczej rodzaj fluktuacji, które są wprawdzie niezwykle rzadkie, ale i nie do końca niemożliwe na gruncie statystyki. Ale anomalie te mogą być też - jest to pewne wyjaśnienie alternatywne - silną poszlaką, że potrzeba nam jakiejś nowej fizyki, a w każdym razie natura pewnych procesów fizycznych zachodzących w kosmosie nie jest przez nas jeszcze dobrze poznana.
    
Aby dokładniej zbadać charakter samych anomalii, zespół naukowcy satelity Planck przyjrzał się teraz uważniej polaryzacji CMB, która ujawniła się w drobiazgowej analizie danych zebranych na kilku różnych częstotliwościach obserwacji. Nie było to wcale łatwe zadanie - z danych tych trzeba było wcześniej wyeliminować widoczne na pierwszym planie, emitowane znacznie bliżej nas sygnały emisji mikrofalowej, takie jak te pochodzące od gazu i pyłu obecnego w naszej Galaktyce.

Zaobserwowany sygnał mikrofalowego promieniowania tła jest na dziś dzień najlepszym pomiarem tak zwanych modów E polaryzacji CMB i sięga czasów, gdy pojawiały się pierwsze atomy utworzone we Wszechświecie, a samo promieniowanie mikrofalowe zostało uwolnione i zaczęło swą długą podróż. Pomiary takiej polaryzacji dają nam niemal niezależną ocenę jednorodności lub też niejednorodności  promieniowania mikrofalowego, zatem jeśli i w nich pojawiają się jakieś anomalie, zwiększy to przekonanie naukowców, że mogą być one wynikiem potrzeby zastosowania nowej fizyki i nie są tylko statystycznymi fluktuacjami.

Gdy jednak naukowcy przyjrzeli się uważniej danym, nie zauważyli jednoznacznej obecności poszukiwanych anomalii w polaryzacji CMB. W najlepszym przypadku nowo opublikowana analiza tych danych ujawniła pewne słabe ślady świadczące o tym, że część z wcześniej wykrytych anomalii może faktycznie istnieć.

Na pierwszy rzut oka wydaje się jednak, że anomalie te są wciąż statystycznymi fluktuacjami. Jednak nadal nie wyklucza to potrzeby przemyślenia całej fizyki i naszego modelu standardowego. Co gorsza - nie ma wciąż w pełni przekonującej hipotezy na temat tego, jak taka nowa fizyka miałaby generować hipotetycznie istniejące anomalie w CMB. Jest na przykład możliwe, że to nowe, nieznane zjawisko fizyczne wpływa tylko na temperaturę mikrofalowego promieniowania tła, ale już nie na jego polaryzację. Wówczas opisywane tu badania mogą nie być zbyt pomocne.

Planck - mapy

Na ilustracji: Rozkład temperatury mikrofalowego promieniowania tła w dużej skali kątowej. Źródło: ESA/Planck Collaboration

Przy okazji Planck potwierdził również występowanie anomalnych cech, które zauważono już we wcześniejszych obserwacjach temperatury CMB, takich jak znaczna rozbieżność sygnału uwidaczniająca się przy obserwacjach dwóch przeciwległych półkul nieba i tak zwana „zimna plama” - duży obszar na niebie o bardzo niskiej temperaturze.

Niestety, nowe dane nie wnoszą zbyt wiele do dalszej dyskusji nad naturą anomalii, ponieważ nie potwierdzają ani nie negują ich rzeczywistego istnienia. Dalsza analiza tych obserwacji będzie prowadzona przez zespół, ale jest mało prawdopodobne, że przyniesie to znacząco nowe wyniki. Oczywistą alternatywą dla tego typu badań może być dedykowana misja specjalnie zaprojektowana i zoptymalizowana do rejestracji polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła, ale jej przygotowanie może zająć nawet 10-15 lat.

Tajemnica kosmicznych anomalii pozostaje więc wciąż nierozwiązana.

Czytaj więcej:

 

Historia Wszechświata - Planck

Na ilustracji: Licząca blisko 14 miliardów lat historia Wszechświata, w której szczególnie podkreślono zdarzenia mająca związek z powstaniem mikrofalowego promieniowania tła - CMB. Źródło: ESA/Planck Collaboration

Na ilustracji powyżej: Satelita Planck - mapy temperatury i polaryzacji CBM.
Źródło: ESA/Planck Collaboration