И снова о гравитационных волнах

Борис Штерн
Борис Штерн

В мар­те это­го года коман­да экс­пе­ри­мен­та BICEP2 заяви­ла о реги­стра­ции релик­то­вых гра­ви­та­ци­он­ных волн. Это­му собы­тию была посвя­ще­на ста­тья в ТрВ-Нау­ка от 25 мар­та [1]. В той ста­тье мы под­хо­ди­ли к заяв­ле­нию с боль­шой осто­рож­но­стью и наме­ка­ли, что рано пить шам­пан­ское. При­чи­на осто­рож­но­сти-аген­тур­ные дан­ные от ква­ли­фи­ци­ро­ван­ных людей, непо­сред­ствен­но зани­ма­ю­щих­ся той же про­бле­мой в дру­гих экс­пе­ри­мен­тах. И вот сомне­ния в пра­во­мер­но­сти заяв­ле­ния об откры­тии ста­ли появ­лять­ся в таких респек­та­бель­ных изда­ни­ях, как Nature (и даже в Washington Post). Про­бле­ма столь зна­чи­ма, что и ТрВ-Нау­ка не грех осве­тить теку­щее состо­я­ние вопро­са.

Крат­ко напом­ним, о чем речь.

BICEP2 – неболь­шой, но очень чув­стви­тель­ный мик­ро­вол­но­вый теле­скоп, рас­по­ло­жен­ный на Южном полю­се. Его зада­ча – хоро­шо изме­рять поля­ри­за­цию релик­то­во­го излу­че­ния и попы­тать­ся выта­щить из кар­ты этой поля­ри­за­ции сле­ды гра­ви­та­ци­он­ных волн, сге­не­ри­ро­ван­ных в пер­вые мгно­ве­ния жиз­ни Все­лен­ной. Эта зада­ча очень важ­на, посколь­ку обна­ру­же­ние релик­то­вых гра­ви­та­ци­он­ных волн поста­вит точ­ку в дис­кус­си­ях о физи­че­ском меха­низ­ме, создав­шем Все­лен­ную. Их может дать толь­ко меха­низм кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции, и ничто дру­гое. Тео­рия кос­мо­ло­ги­че­ской инфля­ции и так име­ет мно­го под­твер­жде­ний, но гра­ви­та­ци­он­ные вол­ны ста­ли бы послед­ним, заклю­чи­тель­ным зве­ном.

Напом­ним так­же, что не любая поля­ри­за­ция релик­то­во­го излу­че­ния сви­де­тель­ству­ет о гра­ви­та­ци­он­ных вол­нах, а толь­ко так назы­ва­е­мая В-мода – рису­нок, подоб­ный кар­те маг­нит­но­го поля, в отли­чие от Е-моды, подоб­ной элек­тро­ста­ти­че­ско­му полю. BICEP2 заре­ги­стри­ро­вал имен­но В-моду, при­чем доста­точ­но уве­рен­но. Сра­зу ска­жем, что нет сомне­ний в том, что В-мода поля­ри­за­ции релик­то­во­го излу­че­ния най­де­на. Есть сомне­ния в том, что она вызва­на пер­вич­ны­ми гра­ви­та­ци­он­ны­ми вол­на­ми.

Пер­вые сомне­ния вызва­ла слиш­ком боль­шая вели­чи­на эффек­та – серьез­но пре­вы­ша­ю­щая верх­ний пре­дел, постав­лен­ный кос­ми­че­ски­ми экс­пе­ри­мен­та­ми WMAP и «Планк». Основ­ные подо­зре­ния сра­зу пали на кос­ми­че­скую пыль нашей Галак­ти­ки. Пыль, содер­жа­щая желе­зо (а тако­вой в кос­мо­се бла­го­да­ря сверх­но­вым огром­ное коли­че­ство), ори­ен­ти­ру­ет­ся в маг­нит­ном поле Галак­ти­ки подоб­но желез­ным опил­кам на листе бума­ги, под кото­рым нахо­дит­ся маг­нит. И эта ори­ен­ти­ро­ван­ная (поля­ри­зо­ван­ная) пыль излу­ча­ет поля­ри­зо­ван­ные мик­ро­вол­ны, при­чем их кар­та как раз скла­ды­ва­ет­ся в В-моду. Авто­ры экс­пе­ри­мен­та зна­ли об этой про­бле­ме, но поло­жи­лись на свои моде­ли рас­пре­де­ле­ния пыли. В экс­пе­ри­мен­те наблю­да­лись высо­кие галак­ти­че­ские широ­ты – там пыли вро­де бы долж­но быть мень­ше, чем нуж­но, что­бы ими­ти­ро­вать вклад релик­то­вых гра­ви­та­ци­он­ных волн. Увы, по части поля­ри­зо­ван­ной пыли авто­рам BICEP2 было не на что поло­жит­ся – дело в спе­ци­фи­ке назем­ных экс­пе­ри­мен­тов.

При всем сво­ем удоб­стве назем­ные наблю­де­ния мик­ро­вол­но­во­го кос­ми­че­ско­го излу­че­ния име­ют общую неустра­ни­мую про­бле­му: огра­ни­чен­ное окно про­зрач­но­сти. К сча­стью, атмо­сфе­ра более-менее про­зрач­на для релик­то­во­го излу­че­ния. Но через нее не про­хо­дят более высо­кие часто­ты, кото­рые как раз нуж­ны для того, что­бы иден­ти­фи­ци­ро­вать пыль – у нее совсем дру­гой спектр, мак­си­мум ее излу­че­ния при­хо­дит­ся на гораз­до более высо­кие часто­ты. WMAP и «Планк» видят широ­кий диа­па­зон частот и могут лег­ко отде­лить излу­че­ние пыли от релик­то­во­го излу­че­ния. Коман­да BICEP2 такой воз­мож­но­сти не име­ет и вынуж­де­на пола­гать­ся на суще­ству­ю­щие дан­ные. Глав­ные дан­ные – кар­та поля­ри­за­ции «План­ка» на раз­ных часто­тах. Эти дан­ные уже суще­ству­ют, но еще недо­ступ­ны – обра­ба­ты­ва­ют­ся. Но есть и дру­гие дан­ные, кото­ры­ми коман­де BICEP2 сто­и­ло бы вос­поль­зо­вать­ся для оцен­ки фона вме­сто того, что­бы при­бе­гать к моде­лям, даю­щим успо­ко­и­тель­ную оцен­ку.

Рис. 1. Карта, отражающая величину поляризации космического фона, снятая WMAP. Контурами показаны оболочки пузырей от Близких взрывов сверхновых
Рис. 1. Кар­та, отра­жа­ю­щая вели­чи­ну поля­ри­за­ции кос­ми­че­ско­го фона, сня­тая WMAP. Кон­ту­ра­ми пока­за­ны обо­лоч­ки пузы­рей от Близ­ких взры­вов сверх­но­вых

Бур­ная дис­кус­сия с сомне­ни­я­ми вокруг резуль­та­тов BICEP2 идет при­мер­но с сере­ди­ны мая. Но пер­вая кри­ти­че­ская пуб­ли­ка­ция появи­лась в архи­ве е-прин­тов еще 7 апре­ля: arXiv:144.1899. Авто­ры, исполь­зуя дан­ные длин­но­вол­но­вых радио­об­зо­ров и дан­ные WMAP, пока­зы­ва­ют, что как раз в том направ­ле­нии, куда смот­рел BICEP2, нахо­дит­ся край «пузы­ря» от близ­ко­го взры­ва сверх­но­вой. В таких пузы­рях хва­та­ет все­го – фер­ро­маг­нит­ной пыли, тур­бу­лент­но­го маг­нит­но­го поля и элек­тро­нов высо­ких энер­гий, даю­щих син­хро­трон­ное излу­че­ние.

При­чем боль­ше все­го излу­че­ния идет с гра­ни­цы пузы­рей – там всё еще дви­жет­ся удар­ная вол­на от древ­не­го взры­ва, уско­ря­ют­ся части­цы, гене­ри­ру­ют­ся маг­нит­ные поля, сжи­ма­ет­ся меж­звезд­ная сре­да. Гра­ни­ца – сфе­ри­че­ская, но ее види­мая яркость рас­тет к краю по чисто гео­мет­ри­че­ским при­чи­нам – с краю боль­ше види­мая тол­ща. Поэто­му мы видим пузы­ри от ста­рых взры­вов как излу­ча­ю­щие дуги и коль­ца. Рис. 2 демон­стри­ру­ет весь дра­ма­тизм ситу­а­ции с резуль­та­том BICEP2. Тако­го они в свою модель фона не закла­ды­ва­ли.

 Рис. 2. Карта неба, где изображены поле зрения BICEP2 и оболочки пузырей
Рис. 2. Кар­та неба, где изоб­ра­же­ны поле зре­ния BICEP2 и обо­лоч­ки пузы­рей

Авто­ры заяв­ле­ния об откры­тии гра­ви­та­ци­он­ных волн пыта­ют­ся дер­жать удар и сохра­нить лицо. Есте­ствен­но, они уме­ри­ли пафос, но наста­и­ва­ют на том, что резуль­тат, веро­ят­но, пра­ви­лен. В прин­ци­пе, нет ниче­го кри­ми­наль­но­го в пуб­ли­ка­ции резуль­та­та, досто­вер­ность кото­ро­го будет оспо­ре­на – в нау­ке таких при­ме­ров огром­ное коли­че­ство. Про­бле­ма ско­рее в про­па­ган­дист­ском вале, под­ня­том явно преж­де­вре­мен­но. Оче­ред­ной урок иссле­до­ва­те­лям: когда выри­со­вы­ва­ет­ся откры­тие, глав­ное-не под­да­вать­ся вне­зап­но нахлы­нув­ше­му чув­ству тор­же­ства и немно­го остыть.

1. http://trv-science.ru/2014/03/25/reliktovye-gravitacionnye-volny/

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
2 Цепочка комментария
2 Ответы по цепочке
1 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
3 Авторы комментариев
valerysternМихаил Эфроимский Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Михаил Эфроимский
Михаил Эфроимский

Если верить ана­ли­зу, пред­став­лен­но­му в послед­них рабо­тах Гер­ри­та Вер­чу­у­ра (Verschuur, Gerrit L.), кри­ти­че­ско­му пере­осмыс­ле­нию при­дёт­ся под­верг­нуть не толь­ко резуль­та­ты BICEP2, но и резуль­та­ты WMAP и PLANCK. См. три послед­ние рабо­ты Вер­чу­у­ра в Astrophysical Journal и его докла­ды на трёх послед­них кон­фе­рен­ци­ях Аме­ри­кан­ско­го Аст­ро­но­ми­че­ско­го Обще­ства. Сам Вер­чу­ур ста­ра­ет­ся не делать слиш­ком силь­ных заяв­ле­ний, но смысл его ана­ли­за более или менее поня­тен: дан­ные WMAP„а и PLANCK„а могут быть более зашум­лён­ны­ми, чем каза­лось досе­ле. Если Вер­чу­уp прав, то нель­зя исклю­чать, что кар­та элек­тро­маг­нит­но­го релик­та несёт на себе доста­точ­но силь­ный отпе­ча­ток источ­ни­ков, рас­по­ло­жен­ных в пре­де­лах нашей Галак­ти­ки. Я не спе­ци­а­лист по ста­ти­сти­че­ской обра­бот­ке дан­ных, и мне труд­но судить о том, насколь­ко обос­но­ва­ны заме­ча­ния… Подробнее »

Борис Штерн
Редактор
Борис Штерн

Ско­рее все­го он прав для малых муль­ти­по­лей – имен­но там галак­ти­ка боль­ше все­го пор­тит. У меня есть своя аген­ту­ра – Павел Насель­ский из коман­ды «План­ка». Впро­чем, если Вы пред­ло­жи­те Пого­ся­ну напи­сать ком­мен­та­рий, я буду бла­го­да­рен.

Михаил Эфроимский
Михаил Эфроимский

Отва­жусь вне­сти ещё одно уточ­не­ние. Хотя тер­мин «ори­ен­та­ция кос­ми­че­ской пыли» дав­но вошёл в оби­ход, он не очень уда­чен. На деле маг­нит­ный момент части­цы пре­цес­си­ру­ет вокруг маг­нит­ной линии. Отсю­да поля­ри­за­ция мик­ро­вол­но­во­го излу­че­ния, порож­дён­но­го пылью. И заод­но поля­ри­за­ция звёзд­но­го све­та рас­се­ян­но­го на пыли.

А сен­са­ция с BICEP2 мог­ла дей­стви­тель­но быть преж­де­вре­мен­ной: http://www.bbc.com/news/science-environment-29305985
http://arxiv-web3.library.cornell.edu/abs/1409.5738?context=astro-ph

valery
valery

воз­ни­ка­ет инте­рес­ный вопрос: пере­мен­ное Е поле порож­да­ет В и наобо­рот, так рож­да­ет­ся эл-м излу­че­ние, а не рож­да­ет ли грав. вол­на , допу­стим, вре­мен­нУю вол­ну и, таким обра­зом, ещё один тип излу­че­ния

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: