Между 2009 и 2013 годами спутник Planck наблюдал реликтовое излучение, иногда называемое космическим микроволновым фоновым (CMB) излучением. Сегодня, после полного анализа данных, качество карты теперь таково, что отчетливо видны отпечатки, оставленные темной материей и реликтовыми нейтрино.Уже в 2013 году была выпущена карта вариаций интенсивности света, показывающая, где материя находилась в небе через 380 000 лет после Большого взрыва.
Благодаря измерению поляризации этого света (на данный момент на четырех из семи частот2), Планк теперь может видеть, как этот материал двигался. Таким образом, наше видение изначальной Вселенной стало динамичным.
Это новое измерение и качество данных позволяют нам проверить многочисленные аспекты стандартной модели космологии. В частности, они освещают самые неуловимые частицы: темную материю и нейтрино.Новые ограничения на темную материю Результаты сотрудничества Planck теперь позволяют исключить целый класс моделей темной материи, в которых важна аннигиляция темной материи и антивещества3.
Аннигиляция — это процесс, при котором частица и ее античастица совместно исчезают, после чего происходит высвобождение энергии.Основное существование темной материи становится твердо установленным, но природа частиц темной материи остается неизвестной. Существует множество гипотез относительно физической природы этой материи, и одна из сегодняшних целей состоит в том, чтобы сократить возможности, например, путем поиска воздействия этой загадочной материи на обычную материю и свет. Наблюдения, сделанные Планком, показывают, что нет необходимости апеллировать к существованию сильной аннигиляции темной материи и антивещества для объяснения динамики ранней Вселенной.
Такие события произвели бы достаточно энергии, чтобы оказать влияние на эволюцию флюида легкой материи в ранней Вселенной, особенно во время испускания реликтового излучения. Однако самые последние наблюдения не показывают никаких намеков на то, что это действительно имело место.Эти новые результаты даже более интересны по сравнению с измерениями, выполненными другими приборами. Спутники Ферми и Памела, а также эксперимент AMS-02 на борту Международной космической станции наблюдали избыток космических лучей, который можно интерпретировать как следствие аннигиляции темной материи.
Однако, учитывая наблюдения Планка, необходимо рассмотреть альтернативное объяснение этих измерений AMS-02 или Ферми, такое как излучение необнаруженных пульсаров, если мы хотим сделать разумную гипотезу о том, что свойства частиц темной материи стабильны во времени. .Кроме того, коллаборация Planck подтвердила, что темная материя сегодня составляет чуть более 26% Вселенной (цифра получена из анализа 2013 года), и составила более точные карты плотности материи через несколько миллиардов лет после Большого взрыва. благодаря измерениям температуры и поляризации B-моды.Нейтрино с самых ранних обнаруженных мгновений
Новые результаты коллаборации Planck также информируют нас о другом типе очень неуловимых частиц — нейтрино. Эти "призрачные" частицы, в большом количестве производимые, например, на нашем Солнце, могут проходить через нашу планету практически без взаимодействия, что делает их очень трудными для обнаружения. Поэтому нереально напрямую регистрировать первые нейтрино, которые были созданы в течение первой секунды после Большого взрыва и которые имеют очень небольшую энергию.
Однако впервые Планк однозначно обнаружил влияние этих реликтовых нейтрино на карты реликтового излучения.Реликтовые нейтрино, обнаруженные Планком, были выпущены примерно через одну секунду после Большого взрыва, когда Вселенная была еще непрозрачна для света, но уже прозрачна для этих частиц, которые могут свободно выходить из среды, непрозрачной для фотонов, такой как ядро ??Солнца. 380 000 лет спустя, когда было выпущено реликтовое излучение, оно несло на себе отпечаток нейтрино, потому что фотоны имели гравитационное4 взаимодействие с этими частицами.
Таким образом, наблюдение самых старых фотонов позволило подтвердить свойства нейтрино.Наблюдения Планка согласуются со стандартной моделью физики элементарных частиц. Они по существу исключают существование четвертого вида нейтрино5, возможность которого ранее рассматривалась на основе окончательных данных со спутника WMAP, предшественника Planck в США. Наконец, Планк позволяет установить верхний предел суммы масс нейтрино, который в настоящее время составляет 0,23 эВ (электрон-вольт) 6.
Полный набор данных для миссии вместе со связанными статьями, которые будут отправлены в журнал Astronomy. Astrophysics (AA) будет доступен 22 декабря на веб-сайте ЕКА. Эти результаты, в частности, получены из измерений, выполненных с помощью высокочастотного прибора (HFI), который был разработан и собран под руководством Institut d’astrophysique spatiale (CNRS / Universite Paris-Sud) и использовался под руководством Института d’astrophysique de Paris (CNRS / UPMC) различными лабораториями, включая лаборатории CEA, CNRS и французских университетов, при финансовой поддержке CNES и CNRS.Примечания
1. Поляризация — это свойство света на том же уровне, что и цвет или направление движения. Это свойство невидимо для человеческого глаза, но остается знакомым (например, солнцезащитные очки с поляризованными линзами и 3D-очки для кино). Бегущий фотон связан с электрическим полем (E) и магнитным полем (B) под прямым углом. друг к другу и к направлению их движения.
Если электрическое поле остается в той же плоскости, фотон называется линейно поляризованным, как в случае реликтового излучения.2. На всех трех частотах низкочастотного прибора (LFI) и в канале 353 ГГц высокочастотного прибора (HFI).
3. В некоторых моделях частицы темной материи являются собственными античастицами.4. Согласно общей теории относительности, даже если фотоны не имеют массы, они чувствительны к гравитационной силе, искривляющей пространство-время.5. Согласно стандартной модели физики элементарных частиц, существует три вида нейтрино.6. Электрон-вольт (символ: эВ) — это единица энергии, используемая в физике элементарных частиц для выражения массы, поскольку эквивалентность массы-энергии связывает энергию и массу (E = mc2, где c представляет собой скорость света).
Самая легкая из известных частиц после фотонов и нейтрино весит 511 кэВ, что более чем в 2 миллиона раз превышает сумму масс всех трех нейтрино.