В поисках следов космологической инфляции

Большой взрыв — широко распространенная теория происхождения нашей Вселенной. Однако то, что произошло вскоре после этого, до сих пор до конца не изучено и может содержать ответы на некоторые проблемы современной физики.

Космологическая инфляция — это теория, объясняющая моменты после Большого взрыва. Он утверждает, что Вселенная расширялась экспоненциально в течение короткого времени сразу после своего формирования, и объясняет наблюдения, сделанные в космологии. Космологическая инфляция предсказывает первичные гравитационные волны, которые можно будет наблюдать в космическом микроволновом фоне (CMB).

Реликтовое излучение — это остаток света ранней Вселенной, когда она была горячей плазмой. Она в основном однородна, но содержит небольшие вариации, которые могут дать ключ к разгадке того, что произошло сразу после Большого взрыва. Эти изменения соответствуют гравитационным волнам, запечатленным в сигналах «поляризации B-моды» (магнитной составляющей света) в реликтовом излучении. Наблюдение разных значений этих вариаций будет соответствовать разным космологическим теориям инфляции.

Поддержка Космического агентства Великобритании и участие Великобритании

Космическое агентство Великобритании выделило первоначальные 2,7 миллиона фунтов стерлингов на миссию LiteBIRD, которая будет финансировать:

• группа британских ученых разработает узкоспециализированные оптические инструменты телескопа LiteBIRD
• Производство линз и фильтров телескопов осуществляется Кардиффским университетом, единственным учреждением в мире, обладающим необходимым опытом для их изготовления.

Великобритания намерена инвестировать в общей сложности 17 миллионов фунтов стерлингов на протяжении всего срока действия миссии.

Великобритания является частью Европейского консорциума, возглавляемого французским космическим агентством Centre National d’Etudes Spatiales (CNES). CNES поставит телескопы высокой и средней частоты. Большую часть оптического проектирования и разработки компонентов будет возглавлять Кардиффский университет при поддержке других университетов Великобритании, включая Кембридж, Лабораторию космических наук Малларда, UCL, Оксфорд, Манчестер и Сассекс.

Команда в Кардиффе спроектирует и изготовит оптические фильтры и линзы для двух телескопов, а также оптические фильтры для третьего.

Что такое LiteBIRD и что он будет делать?

LiteBIRD — миссия Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA), целью которой является поиск доказательств теории космологической инфляции. Космический корабль будет изготовлен Институтом космических и астронавтических наук (ISAS) в Японии, будет весить около 450 кг и запускаться с помощью ракеты-носителя H3.

Целью LiteBIRD является обнаружение сигналов B-моды в реликтовом излучении, чтобы предоставить доказательства космологической инфляции. Он будет достаточно чувствительным, чтобы различать изменения сигналов B-режима, что подтвердит природу расширения Вселенной сразу после Большого взрыва.

Для этого LiteBIRD проведет трехлетнее исследование всего неба в точке Лагранжа Солнца-Земли (L2). Он будет использовать три телескопа, охватывающие максимально возможное количество частот света; Японцы поставили низкочастотный телескоп (LFT), а европейцы — средне-высокочастотные телескопы (MHFT). LiteBIRD внедрит около 4500 датчиков границ перехода в 15 диапазонах частот наблюдения.

Используя современные линзы и специализированные частотные фильтры, телескопы LiteBIRD смогут различать реликтовое излучение и сигналы, генерируемые пылью и синхротронным излучением. Его будут криогенно охлаждать примерно до 100 мК для снижения теплового шума и использовать сверхпроводящие поляриметры для измерения поляризации сигналов B-моды с беспрецедентной чувствительностью.