Строящийся в Параибе радиотелескоп Bingo будет искать сигнал первых звуков Вселенной – Sidereal Messenger.

Мы знаем, что музыкальный успех – это вопрос времени. Сегодня большой радиотелескоп, строящийся внутри Параибы, был специально разработан, чтобы исследовать, на что была похожа мода в первые дни существования Вселенной, вскоре после Большого взрыва, и тем самым помочь прояснить две величайшие загадки современности. наука: что это за темная энергия и темная материя. Так называемый проект «Бинго» провел официальную презентацию в этот вторник (6) вне офиса в Интернете.

В международной инициативе, возглавляемой Бразилией, участвуют представители Китая, Великобритании, Франции, Южной Африки и Германии. «Мы потеряли значительное количество времени из-за пандемии, но инструменты находятся в стадии строительства, и мы надеемся войти в фазу ввода в эксплуатацию радиотелескопа к концу 2022 года», – сказал Эльсио Абдалла, координатор проекта и исследователь в Физический институт USP (Университет Сан-Паулу).

Ориентировочная стоимость этой инициативы составляет от 15 до 20 миллионов реалов за счет средств FAPESP (Государственный фонд поддержки исследований Сан-Паулу), MCTI (Министерства науки, технологий и инноваций), Finep (финансиста исследований и проектов) и правительства. Параибы. Среди наиболее вовлеченных бразильских исследовательских институтов – USP, UFCG (Федеральный университет Кампина-Гранди) и Inpe (Национальный институт космических исследований).

И Бинго, конечно же, следует традиции астрофизиков с милыми сокращениями: это сокращение барионных акустических колебаний из интегрированных наблюдений за нейтральным газом или барионных акустических колебаний в интегрированных наблюдениях за нейтральным газом. Короче говоря, запись следов древних звуков, которые пересекали космос, когда он был не более чем плотной плазмой более 13 миллиардов лет назад.

ВСЕЛЕННЫЙ ШАР
Успокойтесь, не отчаивайтесь, потому что вы не совсем понимаете, о чем идет речь. Давайте разберемся с этим, начнем с Большого взрыва. Обычно его представляют как большой взрыв, но на самом деле его лучше всего представить как большое разбавление за счет расширения. Представьте себе, что в начале всего, 13,8 миллиарда лет назад, вся материя и энергия во Вселенной были собраны в одной точке. Затем эта точка надулась, как воздушный шар, и космическое содержимое вылилось наружу и рассеялось. В процессе он остыл. Сформировались частицы. Но все еще очень горячие, они двигались с очень высокой скоростью. Свет, в свою очередь, не мог продвигаться вперед, не попав в частицу. Электроны не могли быть захвачены протонами и нейтронами, образуя нейтральные атомные ядра. Эта неорганизованная масса называется плазмой. Солнце, например, состоит из плазмы: это атомные ядра, а электроны слишком горячие, чтобы существовать в стабильной комбинированной форме.

С помощью известных физических законов ученые могут разумно описать то, что происходило в этой изначальной плазме. Во-первых, он не был полностью бесшовным (квантовая физика запретила это), то есть это было похоже на кусок, полный частей. Во-вторых, частицы света все время пытались выйти (я представляю, как они кричали: «Дайте мне пройти, дайте мне пройти!»), Сталкиваясь с окружающими частицами материи.

Неоднородность означала, что были места с более высокой плотностью барионов (протонов и нейтронов), чем в других. Там, где плотность была больше, гравитация оказывала большую силу внутрь, сжатие. Но фотоны (частицы света) продолжали прилагать усилия, чтобы освободиться, внешняя сила. Их комбинация создает акустические колебания. Правильно, звуковые волны исходили через эту плотную изначальную плазму. Акустические колебания барионов.

Расширение продолжалось, разбавление увеличивалось, пока свет, наконец, не мог проходить гладко, а атомы могли образовываться, стабильно сочетая протоны и нейтроны с электронами (что космологи несколько сбивчиво называют «эпохой рекомбинации», поскольку эти частицы никогда раньше не объединялись). Это произошло примерно через 380000 лет после Большого взрыва, когда, поэтически, Вселенная стала прозрачной.

Первые фотоны, взывающие к свободе, продолжают блуждать, пройдя более 13 миллиардов лет и их количество растет. Мы обнаруживаем их в виде микроволн. Поскольку это излучение исходит со всех сторон и является результатом расширения космоса после Большого взрыва, мы дали ему название микроволнового космического фонового излучения.

Изображение микроволнового космического фонового излучения, сделанное спутником Planck. (Источник: ESA)

А такие акустические колебания, которые тоже все еще циркулируют? Нет. Помните: звуки, чтобы распространяться, нуждаются в материи. Ценой прозрачности Вселенной было также молчание. Но в то время эти волны вызывали изменения в распределении материи в этой первичной плазме, что позже отразилось на организации космоса в галактики, большие звездные скопления и газ. Изучая распределение материи в нашей более обширной космической среде, мы можем искать паттерн акустических колебаний, которые произошли в “непрозрачной” фазе сразу после появления Вселенной.

Это непростая задача: представьте, что бросаете сотни камней в озеро, и после того, как каждая из образовавшихся круговых волн накладывается на другие, образуя сложный узор, вы делаете снимок и пытаетесь идентифицировать каждый из них один за другим. Теперь пойдем дальше и представим, что во Вселенной это происходило в трех измерениях: круги в озере превратились в пузыри, возникающие на разной глубине.

Несмотря на трудности, у нас уже есть хорошо задокументированные доказательства этой модели. Измерения космического фонового излучения позволяют нам оценить размер пузырьков плотности, создаваемых акустическими колебаниями, когда Вселенная становится «тихой», называемой «звуковым горизонтом». И, с другой стороны, большие сканы неба, такие как знаменитый Sloan Digital Sky Survey (SDSS), обнаружили эти закономерности в распределении галактик, указывая на то, что древний горизонт звука во Вселенной сегодня, спустя миллиарды лет расширения, имеет размер около 500 миллионов световых лет. Это основной шаг, который Бинго намеревается сделать, но с учетом распределения нейтрального водорода.

ПРАВИЛЬНОЕ МЕСТО
Исследователи под руководством Эльсио Абдаллы обыскали всю Южную Америку, особенно Бразилию и Уругвай, где они могли бы разместить большой радиотелескоп. В итоге они остановились на Серра-да-Катарина, в сельской местности Агиар, в Параибе. Критериями отбора были местная география и изоляция, что сделало этот регион наименее подверженным радиопомехам из-за деятельности человека из всех посещенных.

Конструкция радиотелескопа уникальна для этого проекта: главный отражатель имеет диаметр 40 метров, вторичный отражатель – 36 метров, а также башня с 28 рогами для приема сигнала, отраженного из космоса. Система фиксированная, а это значит, что инструмент не будет «нацелен» (как знаменитый радиотелескоп Аресибо, недавно отключенный в Пуэрто-Рико). Вместо этого он будет записывать наблюдения того, что находится в небе наверху, а вращение самой Земли будет «указывать», позволяя Бинго записывать примерно восьмую часть небесной сферы в своих наблюдениях.

Основная цель – провести измерения радиоволн длиной 21 сантиметр, что связано с наличием нейтрального водорода (с электроном, вращающимся вокруг ядра атома, компенсирующим положительный заряд своего единственного протона). Полученные данные позволят нам наблюдать его распространение на расстоянии в несколько миллиардов световых лет. Бинго претендует на звание первого прибора для обнаружения паттернов барионных акустических колебаний по радио.

Точные измерения, в свою очередь, могут дать хорошие подсказки о темной материи и темной энергии, двух сущностях, которые мы знаем только через косвенные эффекты, но природа которых еще не изучена. И что самое болезненное: они составляют 95% всей материи и энергии во Вселенной. Так называемая барионная материя, которая образует все непосредственно обнаруживаемые объекты, от атомов до звезд, составляет всего 5%.

Мы знаем, что темная материя существует, потому что она создает гравитацию, хотя и не взаимодействует со светом. И, конечно же, его гравитационный вклад является частью рецепта акустических колебаний, которые происходят в первичной плазме после Большого взрыва. Точное измерение колебаний позволяет разграничить их действие и контрастирует с пояснительными гипотезами.

С другой стороны, темная энергия – это таинственная сила, которая вызвала ускорение космического расширения уже около 5 миллиардов лет. Никто не знает, что это такое, но, поскольку он влияет на расширение, он также влияет на размер пузырьков, оставленных акустическими колебаниями.

Таким образом, есть надежда, что Бинго поможет разгадать эти великие тайны. Но не только эти. Исследователи также делают ставку на то, что радиотелескоп будет полезен для изучения так называемых быстрых радиовсплесков, явления, открытого за последнее десятилетие, которое включает в себя очень быстрые и интенсивные всплески энергии. Они по-прежнему в значительной степени загадочны и бывают разных вкусов; некоторые, кажется, повторяются периодически или нет, другие – уникальные события. Мы говорим о высокоэнергетических космических явлениях, возможно, связанных, по крайней мере в некоторых случаях, с нейтронными звездами с очень сильными магнитными полями, но их точная природа еще не ясна.

Когда Альберт Эйнштейн подтвердил свою общую теорию относительности, наблюдая солнечное затмение в Собрале, Сеара, он сказал репортерам: «Проблема, сформулированная моим умом, была решена благодаря яркому небу Бразилии». Общая теория относительности, в свою очередь, является основой космологии, из которой теперь рождаются загадки темной энергии и темной материи. Спустя столетие в Агиаре, Параиба, настало время «яркому небу Бразилии» снова выйти на поле боя в попытке решить эту проблему. Пусть идет строительство, а потом первые результаты!

Следуйте за Sidereal Messenger в Facebook, Twitter, Instagram и YouTube.

Back to top button