Astronomi trenutno pomeraju granice astronomije. Upravo u ovom trenutku, opservatorije poput svemirskog teleskopa Džejms Veb (JVST) vizuelizuju najranije zvezde i galaksije u univerzumu, koje su nastale tokom perioda poznatog kao „kosmičko mračno doba“. Ovaj period je ranije bio nedostupan teleskopima jer je univerzum bio prožet oblacima neutralnog vodonika.
Kao rezultat toga, jedino svetlo je danas vidljivo kao reliktno zračenje iz Velikog praska — kosmička mikrotalasna pozadina (CMB) — ili kao spektralna linija od 21 cm nastala rejonizacijom vodonika (poznata i kao vodonična linija).
Sada kada se veo mračnog doba polako povlači, naučnici razmatraju sledeću granicu u astronomiji i kosmologiji posmatrajući „primordijalne gravitacione talase“ koje je stvorio Veliki prasak. U nedavnim vestima objavljeno je da je Nacionalna naučna fondacija (NSF) dodelila 3,7 miliona dolara Univerzitetu u Čikagu, prvi deo granta koji bi mogao da dostigne 21,4 miliona dolara. Svrha ovog granta je finansiranje razvoja teleskopa sledeće generacije koji će mapirati CMB i gravitacione talase nastale neposredno nakon Velikog praska.
Gravitacioni talasi (GV), prvobitno predviđeni Ajnštajnovom teorijom opšte relativnosti, su talasi u prostor-vremenu uzrokovani spajanjem masivnih objekata — poput crnih rupa i neutronskih zvezda. Naučnici su takođe teoretizirali da postoje GV formirani tokom Velikog praska koji bi i danas mogli biti vidljivi kao vibracije u pozadini. U saradnji sa Nacionalnom laboratorijom Lorens Berkli (LBNL), istraživači sa projekta CMB-S4 Univerziteta u Čikagu nastoje da izgrade teleskope i infrastrukturu na Antarktiku i Čileu kako bi tražili ove talase.
Saradnja trenutno uključuje 450 naučnika iz više od 100 institucija u 20 zemalja. Predlaže se da ceo projekat zajednički finansiraju NSG i Ministarstvo energetike SAD (DoE), pri čemu će deo NSF-a voditi Univerzitet u Čikagu, dok će Nacionalna laboratorija Lorens Berkli predvoditi deo DoE. Očekuje se da će projekat koštati ukupno oko 800 miliona dolara i postati operativan početkom 2030-ih. Pored traženja primordijalnih GV, ovi teleskopi bi takođe mogli da mapiraju CMB sa neverovatnim detaljima i otkriju kako se univerzum menjao tokom vremena.
Ovi teleskopi bi takođe mogli pomoći u potrazi za neuhvatljivim „mračnim univerzumom“ i potvrditi naše trenutne kosmološke modele. Džon Karlstrom je Subrahmanian Chandrasekhar istaknuti profesor astronomije i astrofizike i fizike na Učikagu i naučnik projekta za CMB-S4. „Sa ovim teleskopima ćemo testirati našu teoriju o tome kako je nastao čitav naš univerzum, ali i posmatrati fiziku u najekstremnijim razmerama na način koji jednostavno ne možemo da uradimo sa eksperimentima fizike čestica na Zemlji“, rekao je on u Učikagu. Saopštenje za vesti.
Pošto CMB nosi informacije o rođenju univerzuma, naučnici su ga mapirali decenijama. To uključuje svemirske teleskope kao što su sovjetski RELIKT-1, NASA-in Cosmic Background Ekplorer (COBE), Vilkinsonova mikrotalasna anizotropna sonda (VMAP) i ESA-in Planck satelit. Ove misije su izmerile male temperaturne anizotropije (fluktuacije) u CMB sa sve većim detaljima, dajući nagoveštaje o tome kako je svemir počeo. Međutim, potrebno je da teleskopi budu dovoljno osetljivi da odgovore na dublja kosmološka pitanja, kao što je da li je univerzum počeo sa naletom inflacije.
U tom cilju, CMB-S4 će izgraditi neverovatno složene instrumente za mapiranje prve svetlosti univerzuma iz svemirskih letelica i zemlje. Niz će uključivati dva nova teleskopa na čileanskoj visoravni Atakama i devet manjih na NSF-ovoj stanici Južnog pola (SPS). Projekat će se takođe oslanjati na teleskop južnog pola, koji je u funkciji u SPS-u od 2007. Svaka lokacija će igrati ključnu ulogu, a teleskopi u Čileu će sprovesti široko istraživanje neba da bi dobili detaljniju sliku CMB-a. . U međuvremenu, teleskopi na NSF-ovoj stanici Južnog pola bi duboko, kontinuirano posmatrali manji deo neba.
Zapažanja iz Čilea će pomoći da poboljšamo naše razumevanje evolucije i distribucije materije i potražimo reliktne svetlosne čestice koje su možda postojale u ranom univerzumu. U međuvremenu, teleskopi na Antarktiku će ponuditi jedinstven pogled na univerzum jer se tu vrti ostatak Zemlje, omogućavajući kontinuirano posmatranje jednog dela neba. Njihovi kombinovani napori će omogućiti astronomima da potraže talase u prostor-vremenu koje se mogu pojaviti samo iz prostora manjeg od subatomske čestice koja se iznenada širi u mnogo veću zapreminu.
Rekao je fizičar iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli Džim Strejt (direktor projekta za CMB-S4), ovo je ambiciozan, ali vredan truda. „Na mnogo načina, teorija inflacije izgleda dobro, ali većina eksperimentalnih dokaza je donekle posredna“, rekao je on. „Pronalaženje primordijalnih gravitacionih talasa bilo bi ono što su neki ljudi nazvali ‘pušeći pištolj’ za inflaciju.
Pošto bi ovi talasi bili u interakciji sa CMB-om i ostavili jasan (ali izuzetno slab) potpis, veliko i kontinuirano mapiranje CMB-a bi trebalo da pruži indikacije njihovog postojanja. CMB-S4 takođe treba da pruži tragove o prirodi tamne materije i tamne energije. Dok se teoretizira da prvi čini većinu mase u svemiru (oko 69%), drugi je odgovoran za njegovu ubrzanu brzinu širenja. Štaviše, mapiranje primordijalnih gravitacionih talasa bi takođe pomoglo naučnicima da pronađu vezu između sila gravitacije i kvantne mehanike.
Mikrotalasni detektori su već toliko osetljivi da merenjima dominiraju pozadinska buka i lokalne smetnje. Stoga je plan da se kombinovani eksperiment CMB-S4 opremi sa skoro 500.000 superprovodnih detektora, više nego svi prethodni eksperimenti zajedno, i da se u velikoj meri poveća broj merenja kako bi se obezbedilo precizno merenje nivoa signala i smanjio šum. Novi grant od NSF-a će pomoći u finansiranju dizajna novih teleskopa i infrastrukture lokacije, koja će biti najkompleksnija ikada izgrađena.
