admin
Mokslininkus nerimsta netikėtas smūgis po žinios, kad labai laukta ateities observatorija, skirta iššifruoti ankstyviausios kosminės istorijos akimirkos– negalės tęsti savo svarbiausio forposto Pietų ašigalyje.
Projektas, pavadintas CMB-S4 (Cosmic Microwave Background Stage 4), pasiūlytų viliojančius Didžiojo sprogimo atokvėpio stebėjimus – visą dangų sklindantį šviesos aidą, sklindantį visatai dar žengiant į pradžią. Abu astronomai ir dalelių fizikai entuziastingai pritarė projektui savo oficialiuose ilgalaikio planavimo procesuose. Ir mokslininkai tikėjosi, kad observatorijos statyba tiek Pietų ašigalyje, tiek antroje vietoje Čilėje galėtų prasidėti 2030-ųjų pradžioje. Tačiau šios viltys galėjo žlugti anksčiau šį mėnesį, kai JAV Nacionalinis mokslo fondas (NSF) paskelbė, kad šiuo metu negali remti observatorijos Antarkties forposto, nes nerimauja dėl infrastruktūros išlaikymo ir mokslo operacijų Pietų ašigalyje.
Dabar aplink CMB-S4 susibūrę mokslininkai susiduria su daug mažiau patraukliu iššūkiu nei iššifruoti seniausią visatoje šviesą: rasti būdą, kaip apsaugoti savo svajonių observatoriją nuo ledo. „Buvau tikrai nustebintas, ir tai tikrai nesėkmė“, – sako Kevinas Huffenbergeris, Floridos valstijos universiteto astrofizikas ir CMB-S4 bendradarbiavimo, kuriame dalyvauja šimtai tyrėjų, atstovas. „Tai didelis dalykas, su kuriuo turime susidoroti“.
Dėl mokslo žurnalistikos rėmimo
Jei jums patinka šis straipsnis, apsvarstykite galimybę paremti mūsų apdovanojimus pelniusią žurnalistiką užsiprenumeruoti. Įsigydami prenumeratą, padedate užtikrinti įspūdingų istorijų apie atradimus ir idėjas, formuojančias mūsų šiandieninį pasaulį, ateitį.
Senovės šviesa šiuolaikiniam mokslui
CMB-S4 pavadinimas kilęs iš savo kaip geriausios planuojamos ketvirtos kartos kosminio mikrobangų fono arba CMB, kuris kartais vadinamas visatos kūdikio paveikslu, statuso.
Šviesai keliaujant erdvėje reikia laiko, todėl astronomai gali įžvelgti ankstesnes kosmines epochas žiūrėdami toliau nuo Žemės. CMB yra pati tolimiausia – taigi ir pati seniausia – šviesa, kurią galima pamatyti. Jis matomas visomis kryptimis nuo Žemės ir datuojamas tik 378 000 metų po Didžiojo sprogimo. Dėl to ji iš esmės yra „14 milijardų metų senumo iškastinė šviesa“, – sako Johnas Carlstromas, CMB-S4 projekto mokslininkas ir Čikagos universiteto astrofizikas.
CMB mokslas prasidėjo prieš šešis dešimtmečius, kai Naujojo Džersio mokslininkai pastebėjo tokį keistą signalą, kad iš pradžių manė, kad tai elektromagnetiniai trukdžiai, kuriuos sukelia balandžių išmatos per jų radijo teleskopą. Dabar CMB svarstoma mūsų kosminio supratimo pagrindas, kertinis akmens šaltinis, patvirtinantis didžiojo sprogimo tikrovę ir atskleidžiantis keistą tamsiosios energijos ir tamsiosios materijos mišinį su trupučiu „normalios“ materijos, kuris sudaro mūsų visatą. Tačiau jos transformacinis potencialas siekia ne tik kosmologiją, bet ir siūlo naujų įžvalgų įvairiems mokslams.
„Jūs einate nuo mūsų saulės sistemos iki pat pirmųjų visatos akimirkų“, – sako Markas Devlinas, Pensilvanijos universiteto astrofizikas ir Simonso observatorijos, CMB-S4 pirmtako, kuris, jo teigimu, tik pradeda kurtis, atstovas. ketverių metų mokslo kampanija Čilėje. „Labai sunku sugalvoti kokį nors kitą matavimą, kurį galėtumėte atlikti, kad būtų galima įveikti nemažą atstumą.
Galbūt paprasčiausia yra tai, kad šiuolaikiniams CMB tyrimams reikia atlikti išsamų dangaus tyrimą milimetro bangos ilgio šviesoje, o tai reiškia, kad CMB-S4 rinktų duomenis apie asteroidus, supernovos ir daugybė kitų dramatiškų dangiškųjų įvykių kaip natūralus jo stebėjimų šalutinis produktas.
Be to, kiekvienas mokslininkų aptiktas CMB fotonas perskrido pusę visatos ir buvo pakeistas šios kelionės metu. Kiekvienas susidūrimas su medžiaga, kurią ji praėjo, yra užkoduota kiekvienoje senovinėje šviesos dėmėje taip, kad mokslininkai galėtų iššifruoti, kad suprastų kosminę struktūrą didžiausiu masteliu. „Yra mokslo sluoksnių, kuriuos galite ištraukti, kai šviesa patenka į jus iš fono“, – sako Huffenbergeris.
Vienas iš labiausiai stebinančių CMB studijų mokslo rūšių yra dalelių fizika. „Nesitikėjau, kad CMB-S4 bus pagrindinis šio proceso prioritetas“, – sako Hitoshi Murayama, Kalifornijos universiteto Berklio fizikas, vadovavęs naujausiai kartą per dešimtmetį atliekamų planavimo pratimų iteracijai. , 2023 m. dalelių fizikos projekto prioritetų nustatymo grupė. Tačiau CMB-S4 turėtų išsiaiškinti sunkiai suvokiamus klausimus apie neutrinų masę ir taip pat potencialiai padėti atrasti naujas daleles.
Poliarinė problema
Ko gero, patraukliausia CMB-S4 perspektyva yra ta, kad jis ieškos pirmykštės gravitacinės bangos— Erdvės laiko bangavimas, kurį spėja mokslininkai, atsirado pirmosiomis kosminės istorijos sekundėmis, kai manoma, kad menkai suprantamas reiškinys, vadinamas infliacija, trumpam, bet smarkiai padidino visatos plėtimąsi. CMB-S4 yra tiksliai sureguliuotas, kad surastų šias pirmaprades gravitacines bangas ir kartu su jomis yra geriausias įrodymas, kad infliacija yra daugiau nei kosmologinė pasaka. „Mes svarstome šį didelį klausimą“, – sako Jeffas McMahonas, Čikagos universiteto astrofizikas ir CMB-S4 atstovas spaudai. „Jei tai pamatysime, tai bus tiesiog nuostabu. Tai bus tikrai didelis dalykas fizikoje.
Yra tik viena problema: prognozuojama, kad šių pirmapradžių gravitacinių bangų signalas, jei toks yra, bus neįtikėtinai silpnas, o tai reiškia, kad mokslininkams reikės daug detektorių, daug laiko ir labai gero požiūrio. Nepaisant logistinių iššūkių, Pietų ašigalyje, kur atmosfera yra labai sausa ir stabili, o astronomai gali nuolat žiūrėti į vieną dangaus lopinėlį, atsiveria bene geriausias vaizdas Žemėje.
„Iš esmės kiekvienas komitetas, kuris tai nagrinėjo, pasakė: „Tą galima padaryti – pasiekti ašigalį“, – sako Risa Wechsler, Stanfordo universiteto kosmologė, dirbanti Nacionalinės mokslų akademijos fizikos ir mokslo taryboje. Astronomija.
Gegužės 7 d. vykusiame šios grupės posėdyje NSF laikinasis astronomijos mokslų skyriaus direktorius Robertas C. Smithas paskelbė, kad CMB-S4 nejudės į priekį „dabartinės formos, su Pietų ašigalio ir Čilės elementais“. Jo teigimu, sprendimas neatspindi jokių CMB-S4 ar bendro CMB mokslo nuopelnų pokyčių. Vietoj to, tai yra nuolatinių ir rimtų logistikos ir priežiūros iššūkių rezultatas atokioje Amundsen-Scott Pietų ašigalio stotyje, NSF valdomoje tyrimų stotyje, kuri yra vienintelis nuolatinis forpostas, esantis 600 mylių atstumu nuo ašigalio.
„Mes pristabdėme naujus mokslo projektus, kol dirbame su kapitalizavimu ir fizinės infrastruktūros atnaujinimu, kurie yra būtini siekiant užtikrinti, kad Pietų ašigalio stotis išliktų pasaulyje pirmaujanti mokslo platforma, palaikanti novatoriškus mokslinius tyrimus ateityje“, – sako NSF atstovas. Pavyzdžiui, jie pažymėjo, kad keli pastatai gali būti palaidoti dėl agresyvaus vietinio sniego sangrūdos. Agentūra taip pat susirūpinusi dėl sniego kaupimosi ant stogų ir konstrukcinių pažeidimų.
Tačiau pranešimas, kad dėl to nukentės CMB-S4, buvo netikėtas mokslininkams, dalyvaujantiems projekte ir už jo ribų. „Mes žinojome, kad jiems reikia šiek tiek patobulinti infrastruktūrą”, – sako Huffenbergeris. „Tačiau mes tikėjomės, kad galėsime dirbti su NSF, kad tai surengtume, ir dirbti pagal tą patį tvarkaraštį, kad abu dalykai galėtų vykti kartu.
Jis ir McMahonas teigia, kad vis dar nesupranta, kaip NSF priėmė savo sprendimą, ir stengiasi nustatyti, ar yra tikimybė, kad agentūra persvarstys. Tuo tarpu mokslininkai, dalyvavę CMB-S4 bendradarbiavime, skaičiuoja, ką NSF sprendimas reiškia jų svajonių projektui.
Dėmesys Čilei
Iš pradžių CMB-S4 turėtų turėti du didelės apertūros mikrobangų teleskopus Čilės didelio aukščio Atakamos dykumoje, trečią tokį instrumentą ir devynis mažos diafragmos mikrobangų teleskopus Pietų ašigalyje. Apskritai, observatorijoje bus 550 000 detektorių, išdėstytų tarp dviejų aukščiausio lygio astronomijos objektų – gyvybiškai svarbios technologijos, leidžiančios surinkti pažangiausius stebėjimus, kurie yra pakankamai jautrūs, kad būtų galima atsakyti į didelius mokslininkų klausimus apie visatą.
Norėdami gauti lygiaverčius duomenis tik iš Čilės svetainės, mokslininkai turės pakeisti šią konfigūraciją, greičiausiai padidindami bendrą teleskopų skaičių, kad būtų kompensuojamos neoptimalios stebėjimo sąlygos, o tai tikriausiai padidintų ir projekto kainą. „Negalime pastatyti mažos diafragmos teleskopų [South] „Stulpas“ nėra mirtinas smūgis jokiu vaizduotės požiūriu, bet tai reiškia, kad turime pažvelgti atgal ir suprasti, kaip eksperimentinė konfigūracija greičiausiai turės augti“, – sako McMahonas.
Tačiau jis ir jo kolegos neketina atsisakyti pastebėjimų, apie kuriuos svajojo. „Tai gražus, turtingas mokslo atvejis, paliečiantis visą Visatos istoriją, dalelių fiziką ir astrofiziką“, – sako McMahonas. „Aš tiesiog noriu tai padaryti“.
