stringtranslate.com

BICEP и массив Кека

BICEP ( Фоновая визуализация космической внегалактической поляризации ) и массив Кека представляют собой серию экспериментов по исследованию космического микроволнового фона (CMB) . Они направлены на измерение поляризации CMB; в частности, измерение B -моды CMB. Эксперименты имели пять поколений приборов, состоящих из BICEP1 (или просто BICEP ), BICEP2 , массива Кека , BICEP3 и массива BICEP . Массив Кека начал наблюдения в 2012 году, а BICEP3 полностью функционирует с мая 2016 года, а установка массива BICEP началась в 2017/18 году.

Цель и сотрудничество

Гравитационные волны могут возникать в результате инфляции , фазы ускоренного расширения после Большого взрыва . [1] [2] [3] [4]

Целью эксперимента BICEP является измерение поляризации космического микроволнового фона. [5] В частности, он направлен на измерение B -мод ( компонента завихрения ) поляризации реликтового излучения. [6] BICEP работает из Антарктиды , на станции Амундсена-Скотта на Южном полюсе . [5] Все три инструмента нанесли на карту одну и ту же часть неба, вокруг южного небесного полюса . [5] [7]

Учреждения, участвующие в различных инструментах: Калифорнийский технологический институт , Кардиффский университет , Чикагский университет , Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт , Лаборатория реактивного движения , CEA Гренобль (Франция) , Университет Миннесоты и Стэнфордский университет (все эксперименты); Калифорнийский университет в Сан-Диего (BICEP1 и 2); Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Университет Британской Колумбии и Университет Торонто (BICEP2, Keck Array и BICEP3); и Университет Кейс Вестерн Резерв (Keck Array). [6] [8] [9] [10] [11]

Серия экспериментов началась в Калифорнийском технологическом институте в 2002 году. В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения физики Эндрю Ланге , Джейми Бок, Брайан Китинг и Уильям Хольцапфель начали строительство телескопа BICEP1, который был развернут на станции Амундсен-Скотт на Южном полюсе в 2005 году для трехсезонного наблюдения. [12] Сразу после развертывания BICEP1 команда, в которую теперь входили постдокторанты Калтеха Джон Ковач и Чао-Лин Куо, среди прочих, начала работу над BICEP2. Телескоп остался прежним, но в BICEP2 были вставлены новые детекторы с использованием совершенно другой технологии: печатная плата в фокальной плоскости, которая могла фильтровать, обрабатывать, отображать и измерять излучение космического микроволнового фона. BICEP2 был отправлен на Южный полюс в 2009 году для начала трехсезонного цикла наблюдений, в результате которого была обнаружена поляризация B-моды в космическом микроволновом фоновом излучении.

БИЦЕП1

Первый инструмент BICEP (известный во время разработки как «гравитационный волновой фоновой телескоп Робинсона») наблюдал небо на частотах 100 и 150 ГГц (длина волны 3 мм и 2 мм) с угловым разрешением 1,0 и 0,7 градуса . Он имел массив из 98 детекторов (50 на 100 ГГц и 48 на 150 ГГц), которые были чувствительны к поляризации реликтового излучения. [5] Пара детекторов составляет один чувствительный к поляризации пиксель. Инструмент, прототип для будущих инструментов, был впервые описан в Keating et al. 2003 [13] и начал наблюдения в январе 2006 [6] и работал до конца 2008 [5]

БИЦЕП2

Инструментом второго поколения был BICEP2. [14] Этот телескоп с апертурой 26 см, оснащенный значительно улучшенной болометрической матрицей с датчиком перехода фокальной плоскости (TES) из 512 датчиков (256 пикселей), работающих на частоте 150 ГГц, заменил инструмент BICEP1 и проводил наблюдения с 2010 по 2012 год. [15] [16]

В марте 2014 года появились сообщения о том, что BICEP2 обнаружил B -моды гравитационных волн в ранней Вселенной (так называемые первичные гравитационные волны ). Этот результат представили четыре соруководителя BICEP2: Джон М. Ковач из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов ; Чао-Лин Куо из Стэнфордского университета ; Джейми Бок из Калифорнийского технологического института ; и Клем Прайк из Университета Миннесоты .

17 марта 2014 года Центр астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт сделал заявление . [1] [2] [3] [4] [17] Сообщалось об обнаружении B-мод на уровне r =0.20+0,07
−0,05, что не в пользу нулевой гипотезы ( r = 0 ) на уровне 7 сигма (5,9 σ после вычитания переднего плана). [15] Однако 19 июня 2014 года было сообщено о снижении уверенности в подтверждении результатов космической инфляции ; [18] [19] принятая и рассмотренная версия статьи об открытии содержит приложение, в котором обсуждается возможное создание сигнала космической пылью . [15] Отчасти из-за большого значения отношения тензора к скаляру, которое противоречит ограничениям из данных Планка , [20] это считается наиболее вероятным объяснением обнаруженного сигнала многими учеными. Например, 5 июня 2014 года на конференции Американского астрономического общества астроном Дэвид Спергель утверждал, что поляризация B-моды, обнаруженная BICEP2, вместо этого могла бы быть результатом света, испускаемого пылью между звездами в нашей галактике Млечный Путь . [21]

Препринт , выпущенный командой Planck в сентябре 2014 года и в конечном итоге принятый в 2016 году, предоставил наиболее точное на сегодняшний день измерение пыли, заключив, что сигнал от пыли имеет ту же силу, что и сигнал, полученный от BICEP2. [22] [23] 30 января 2015 года был опубликован совместный анализ данных BICEP2 и Planck , и Европейское космическое агентство объявило, что сигнал можно полностью приписать пыли в Млечном Пути. [24]

BICEP2 объединил свои данные с данными массива Кека и Planck в совместном анализе. [25] В публикации Physical Review Letters от марта 2015 года было установлено ограничение на отношение тензора к скаляру r < 0,12 .

Дело BICEP2 стало темой книги Брайана Китинга .

Массив Кека

Непосредственно рядом с телескопом BICEP в здании обсерватории Мартина А. Померанца на Южном полюсе находилась неиспользуемая монтировка телескопа, ранее занятая интерферометром Degree Angular Scale . [28] Массив Кека был построен, чтобы использовать преимущества этого большего монтировки телескопа. Этот проект финансировался на 2,3 миллиона долларов из фонда WM Keck Foundation , а также финансированием от Национального научного фонда , фонда Гордона и Бетти Мур , фонда Джеймса и Нелли Килрой и фонда Барзана. [6] Первоначально проект массива Кека возглавлял Эндрю Ланге . [6]

Массив Кека состоит из пяти поляриметров , каждый из которых очень похож на конструкцию BICEP2, но использует рефрижератор на импульсной трубке вместо большого криогенного сосуда Дьюара для хранения жидкого гелия .

Первые три начали наблюдения летом 2010–11 гг . в Южном полушарии ; еще два начали наблюдения в 2012 г. Все приемники вели наблюдения на частоте 150 ГГц до 2013 г., когда два из них были переоборудованы для наблюдений на частоте 100 ГГц. [26] Каждый поляриметр состоит из рефракционного телескопа (для минимизации систематики), охлаждаемого импульсным трубчатым охладителем до 4 К, и фокальной плоскости массива из 512 датчиков края перехода, охлаждаемых до 250 мК, что дает в общей сложности 2560 детекторов или 1280 пикселей с двойной поляризацией. [7]

В октябре 2018 года были объявлены первые результаты от массива Кека (в сочетании с данными BICEP2), которые использовали наблюдения вплоть до сезона 2015 года включительно. Они дали верхний предел космологических B-мод (уровень достоверности 95%), который уменьшается до в сочетании с данными Planck . [29]

В октябре 2021 года были объявлены новые результаты (с уровнем достоверности 95%), основанные на сезоне наблюдений BICEP/Keck 2018 в сочетании с данными Planck и WMAP . [30] [31]

BICEP3

После завершения массива Кека в 2012 году продолжение эксплуатации BICEP2 стало экономически невыгодным. Однако, используя ту же технику, что и массив Кека, для устранения большого дьюара с жидким гелием , на оригинальном креплении телескопа BICEP был установлен гораздо больший телескоп.

BICEP3 состоит из одного телескопа с теми же 2560 детекторами (наблюдающими на частоте 95 ГГц), что и массив Кека из пяти телескопов, но с апертурой 68 см, [32] что обеспечивает примерно вдвое большую оптическую пропускную способность всего массива Кека. Одним из следствий большой фокальной плоскости является большее поле зрения в 28°, [33] что обязательно будет означать сканирование некоторых загрязненных передним планом участков неба. Он был установлен (с первоначальной конфигурацией) на полюсе в январе 2015 года. [27] [34] Он был модернизирован для летнего сезона в Австралии 2015-2016 годов до полной конфигурации из 2560 детекторов. BICEP3 также является прототипом массива BICEP. [35]

Массив BICEP

Массив Кека сменяет массив BICEP, состоящий из четырех телескопов типа BICEP3 на общей монтировке, работающих на частотах 30/40, 95, 150 и 220/270 ГГц. [36] Установка началась между сезонами наблюдений 2017 и 2018 годов. Планируется, что он будет полностью установлен к сезону наблюдений 2020 года. [37] [38]

Согласно веб-сайту проекта: «BICEP Array будет измерять поляризованное небо в пяти частотных диапазонах, чтобы достичь максимальной чувствительности к амплитуде IGW [инфляционных гравитационных волн] σ(r) < 0,005» и «Это измерение станет окончательным тестом моделей медленного вращения инфляции, которые обычно предсказывают сигнал гравитационной волны выше примерно 0,01». [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Staff (17 марта 2014 г.). "BICEP2 2014 Results Release". Национальный научный фонд . Получено 18 марта 2014 г.
  2. ^ ab Clavin, W. (17 марта 2014 г.). "NASA Technology Views Birth of the Universe". NASA . Получено 17 марта 2014 г. .
  3. ^ ab Overbye, D. (17 марта 2014 г.). «Обнаружение волн в космосе подкрепляет эпохальную теорию Большого взрыва». The New York Times . Получено 17 марта 2014 г.
  4. ^ ab Overbye, D. (24 марта 2014 г.). «Ripples From the Big Bang». The New York Times . Получено 24 марта 2014 г.
  5. ^ abcdefg "BICEP: Телескоп фоновых гравитационных волн Робинсона". Caltech . Получено 2022-10-07 .
  6. ^ abcdef "Подарок Фонда WM Keck для ученых Caltech и JPL для исследования насильственного происхождения Вселенной". Caltech . Архивировано из оригинала 2012-03-02.
  7. ^ abc "Instrument – ​​Keck Array South Pole". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 2014-03-14 .
  8. ^ "BICEP1 Collaboration". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 2014-03-14 .
  9. ^ "Сотрудничество – BICEP2 Южный полюс". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 14.03.2014 .
  10. ^ "Сотрудничество – Кековская решетка, Южный полюс". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 14.03.2014 .
  11. ^ "BICEP3 Collaboration". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 2014-03-14 .
  12. ^ "Аннотация премии NSF № 0230438". Национальный научный фонд . Получено 26.03.2014 .
  13. ^ Китинг, Брайан и др. (2003). "BICEP: поляриметр CMB большого углового масштаба" (PDF) . В Fineschi, Silvano (ред.). Поляриметрия в астрономии . Труды SPIE . Том 4843. стр. 284–295. Bibcode : 2003SPIE.4843..284K. doi : 10.1117/12.459274. S2CID  122838031.
  14. ^ Огберн, РВ; и др. (2010). "Эксперимент по поляризации реликтового излучения BICEP2". В Холланде, Уэйн С.; Змуидзинас, Йонас (ред.). Детекторы и приборы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона для астрономии V. Труды SPIE . Том 7741. стр. 77411G. Bibcode : 2010SPIE.7741E..1GO. doi : 10.1117/12.857864. S2CID  29118984.
  15. ^ abcd Питер AR Эйд; RW Айкин; Денис Баркац; и др. (19 июня 2014 г.). «Обнаружение поляризации B-моды в градусных угловых масштабах с помощью BICEP2». Physical Review Letters . 112 (24): 241101. arXiv : 1403.3985 . doi :10.1103/PHYSREVLETT.112.241101. ISSN  0031-9007. PMID  24996078. Wikidata  Q27012172.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  16. ^ Ade, PAR; et al. (2014). "BICEP2. II. Эксперимент и трехлетний набор данных". The Astrophysical Journal . 792 (1): 62. arXiv : 1403.4302 . Bibcode : 2014ApJ...792...62B. doi : 10.1088/0004-637X/792/1/62. S2CID  18486247.
  17. ^ «Гравитационные волны: слышали ли американские ученые отголоски большого взрыва?». The Guardian . 2014-03-14 . Получено 2014-03-14 .
  18. ^ Овербай, Д. (19 июня 2014 г.). «Астрономы хеджируют заявление об обнаружении Большого взрыва». The New York Times . Получено 20 июня 2014 г.
  19. ^ Амос, Дж. (19 июня 2014 г.). «Космическая инфляция: снизилась уверенность в сигнале Большого взрыва». BBC News . Получено 20 июня 2014 г.
  20. ^ Planck Collaboration (2014). "Planck 2013 results. XVI. Cosmological settings". Astronomy & Astrophysics . 571 : 16. arXiv : 1303.5076 . Bibcode : 2014A&A...571A..16P. doi : 10.1051/0004-6361/201321591. S2CID  118349591.
  21. ^ Урри, М. (5 июня 2014 г.). «Что стоит за спорами о Большом взрыве?». CNN . Получено 06.06.2014 .
  22. ^ Сотрудничество Планка (2016). "Промежуточные результаты Планка. XXX. Угловой спектр мощности поляризованного пылевого излучения на средних и высоких галактических широтах". Астрономия и астрофизика . 586 (133): A133. arXiv : 1409.5738 . Bibcode : 2016A&A...586A.133P. doi : 10.1051/0004-6361/201425034. S2CID  9857299.
  23. ^ Овербай, Д. (22 сентября 2014 г.). «Исследование подтверждает критику открытия Большого взрыва». The New York Times . Получено 22 сентября 2014 г.
  24. ^ Коуэн, Рон (30 января 2015 г.). «Открытие гравитационных волн теперь официально мертво». Nature . doi :10.1038/nature.2015.16830. S2CID  124938210.
  25. ^ Сотрудничество BICEP2/Keck Array и Planck (2015). «Совместный анализ данных BICEP2/Keck Array и Planck». Physical Review Letters . 114 (10): 101301. arXiv : 1502.00612 . Bibcode : 2015PhRvL.114j1301B. doi : 10.1103/PhysRevLett.114.101301. PMID  25815919. S2CID  218078264.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  26. ^ abc "Keck Array South Pole". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 2014-03-14 .
  27. ^ ab "BICEP3". Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики . Получено 14.03.2014 .
  28. ^ "MAPO Open House". kateinantarctica.wordpress.com. 2014-12-14 . Получено 2018-03-22 .
  29. ^ Массив Keck, сотрудничество BICEP2 (11 октября 2018 г.). «BICEP2 / Массив Keck x: ограничения на первичные гравитационные волны с использованием Planck, WMAP и новых наблюдений BICEP2/Keck в сезоне 2015 г.». Phys. Rev. Lett . 121 (22): 221301. arXiv : 1810.05216 . doi : 10.1103/PhysRevLett.121.221301. PMID  30547645. S2CID  56174788.{{cite journal}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  30. ^ Сотрудничество BICEP/Keck; Ade, PAR; Ahmed, Z.; Amiri, M.; Barkats, D.; Thakur, R. Basu; Bischoff, CA; Beck, D.; Bock, JJ; Boenish, H.; Bullock, E. (2021-10-04). "Улучшенные ограничения на первичные гравитационные волны с использованием наблюдений Planck, WMAP и BICEP/Keck в течение сезона наблюдений 2018 года". Physical Review Letters . 127 (15): 151301. arXiv : 2110.00483 . Bibcode : 2021PhRvL.127o1301A. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.151301. PMID  34678017. S2CID  238253204.
  31. ^ Меербург, Дэниел (2021-10-04). «Сжатие пространства теорий для космической инфляции». Физика . 14 : 135. Bibcode : 2021PhyOJ..14..135M. doi : 10.1103/Physics.14.135 . S2CID  239251554.
  32. ↑ Обновления от BICEP/Keck Array Collaboration Zeeshan Ahmed KIPAC, Стэнфордский университет 08 июня 2015 г.
  33. ^ Ахмед, З.; Амири, М.; Бентон, С.Дж.; Бок, Дж.Дж.; Боуэнс-Рубин, Р.; Бадер, И.; Буллок, Э.; Коннорс, Дж.; Филиппини, Дж.П.; Грейсон, Дж.А.; Халперн, М.; и др. (2014). "BICEP3: рефракционный телескоп на 95 ГГц для поляризации РКФ в градусах". В Холланде, Уэйн С.; Змуидзинас, Йонас (ред.). Детекторы и приборы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона для астрономии VII . Труды SPIE . Том 9153. С. 91531N. arXiv : 1407.5928 . Bibcode : 2014SPIE.9153E..1NA. дои : 10.1117/12.2057224. S2CID  7249387.
  34. ^ Бриггс, Д. (10 марта 2015 г.). «BICEP: от Южного полюса до начала времен». BBC News .
  35. ^ «BICEP3 — Наблюдательная космология Калтеха».
  36. ^ Скиллачи, Алессандро и др. (17 февраля 2020 г.). «Конструкция и производительность первого приемника массива BICEP» (PDF) . Журнал физики низких температур . 199 (3–4): 976–984. arXiv : 2002.05228 . Bibcode :2020JLTP..199..976S. doi :10.1007/s10909-020-02394-6. S2CID  204954127.
  37. ^ ab "Массив BICEP - Наблюдательная космология Калтеха". cosmology.caltech.edu .
  38. ^ Рини, Матео (30 октября 2020 г.). «Сезон охоты на первичные гравитационные волны». Physics . 13 : 164. Bibcode :2020PhyOJ..13..164R. doi : 10.1103/Physics.13.164 . Получено 10 ноября 2020 г. .

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме BICEP .