Kamera Teleskop Kutub Selatan ditingkatkan pada tahun 2017. Analisis data observasi awal baru saja dipublikasikan di jurnal Physical Review D. Kredit: Brad Benson/University of Chicago.
Peta pelensaan gravitasi dari data awal menjanjikan lebih banyak detail.
Argonne adalah bagian dari upaya multi-lembaga untuk menjelajahi langit untuk mendapatkan petunjuk tentang asal usul dan sifat alam semesta kita.
Selama lebih dari lima tahun, para ilmuwan dari Teleskop Kutub Selatan di Antartika telah mengamati langit dengan kamera yang ditingkatkan. Pandangan luas ke arah luar angkasa menangkap sisa-sisa cahaya dari awal pembentukan alam semesta. Kini, para peneliti telah menganalisis kumpulan data awal dan mempublikasikan rinciannya dalam jurnal Gambaran fisikD. Hasil dari kumpulan data yang terbatas ini menunjukkan wawasan masa depan yang lebih kuat mengenai sifat alam semesta kita.
Terobosan dalam Analisis Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik
Terletak di Stasiun Kutub Selatan Amundsen-Scott milik National Science Foundation, teleskop ini menerima kamera baru yang dikenal sebagai SPT-3G pada tahun 2017, yang dibangun dan sekarang dioperasikan dalam kolaborasi yang dipimpin oleh Universitas Chicago.
Dilengkapi dengan 16.000 detektor—10 kali lebih banyak dari pendahulunya—SPT-3G adalah pusat penelitian multi-lembaga yang sebagian dipimpin oleh Argonne National Laboratory. Tujuannya adalah untuk mengukur cahaya redup yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik. Latar belakang gelombang mikro kosmik adalah sisa-sisa dari Big Bang, ketika alam semesta meledak dari satu titik energi hampir 14 miliar tahun yang lalu.
Latar belakang gelombang mikro kosmik – cahaya tertua di alam semesta – menempuh jarak yang sangat jauh sebelum mencapai kita. Selama perjalanan panjangnya, gaya gravitasi dari struktur kosmik masif menyebabkan lintasannya membelok sebelum ditangkap oleh Teleskop Kutub Selatan. Kredit: Laboratorium Nasional Zhaodi Pan/Argonne
“CMB adalah peta harta karun bagi para kosmolog,” kata Zhaodi Pan, penulis utama makalah tersebut dan kolaborator Maria Goeppert Mayer di Argonne. “Perubahan suhu dan polarisasi yang sangat kecil memberikan jendela unik menuju masa awal alam semesta.
Lensa Gravitasi dan Wawasan Materi Gelap
Kertas masuk Gambaran fisikD menawarkan pengukuran pertama lensa gravitasi CMB dari SPT-3G. Pelensaan gravitasi terjadi ketika jaringan materi yang luas di ruang angkasa mendistorsi CMB saat bergerak melalui ruang angkasa. Jika Anda meletakkan dasar gelas anggur yang melengkung pada halaman buku, gelas tersebut akan mengganggu pandangan Anda terhadap kata-kata di baliknya. Demikian pula, materi dalam garis pandang teleskop membentuk lensa yang membelokkan cahaya CMB dan pandangan kita terhadapnya. Albert Einstein menggambarkan distorsi struktur ruangwaktu ini dalam teori relativitas umum.
“CMB adalah peta harta karun bagi para kosmolog. Perubahan kecil dalam suhu dan polarisasi memberikan jendela unik menuju masa awal alam semesta.” — Zhaodi Pan, anggota Maria Goeppert Mayer di Argonne
Mengukur distorsi ini memberikan petunjuk tentang alam semesta awal dan misteri seperti materi gelap, komponen alam semesta yang tidak terlihat. “Mendeteksi materi gelap sulit dilakukan karena tidak berinteraksi dengan cahaya atau bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. Saat ini, kita hanya bisa mengamatinya melalui interaksi gravitasi,” kata Pan.
Para ilmuwan telah mempelajari CMB sejak penemuannya pada tahun 1960an, mengamatinya menggunakan teleskop di darat dan di luar angkasa. Meskipun analisis terbaru hanya menggunakan data SPT-3G beberapa bulan dari tahun 2018, pengukuran pelensaan gravitasi sudah kompetitif di lapangan.
“Salah satu bagian yang sangat menarik dari penelitian ini adalah bahwa hasilnya berasal dari data yang pada dasarnya melapiskan data ketika kami baru memulai observasi dengan SPT-3G – dan hasilnya sudah luar biasa,” kata Amy Bender, fisikawan di Argonne dan rekan penulis postingan. “Kami memiliki data lima tahun lagi yang sedang kami analisis sekarang, jadi ini hanyalah indikasi tentang apa yang akan terjadi.”
Menjanjikan arah penelitian masa depan
Atmosfer yang kering, stabil, dan lokasi Teleskop Kutub Selatan yang terpencil menciptakan gangguan sesedikit mungkin dalam pencarian pola CMB. Namun, data dari kamera SPT-3G yang sangat sensitif mengandung kontaminasi dari atmosfer, serta dari sumber galaksi dan ekstragalaksi kita sendiri. Menganalisis data dari SPT-3G yang hanya memakan waktu beberapa bulan saja membutuhkan waktu bertahun-tahun, karena peneliti perlu memvalidasi data, menyaring kebisingan, dan menafsirkan pengukuran. Tim menggunakan cluster khusus, sekelompok komputer, di Argonne Laboratory Computing Resource Center untuk melakukan beberapa perhitungan untuk penelitian tersebut.
“Kami menemukan bahwa pelensaan yang diamati dalam penelitian ini dapat dijelaskan dengan baik oleh relativitas umum,” kata Pan. “Hal ini menunjukkan bahwa pemahaman kita saat ini tentang gravitasi berlaku pada skala besar.” Hasilnya juga memperkuat pemahaman kita saat ini tentang bagaimana struktur materi terbentuk di alam semesta kita.”
Peta pelensaan SPT-3G dari data tambahan selama beberapa tahun juga akan membantu menyelidiki inflasi kosmik, atau gagasan bahwa alam semesta awal mengalami ekspansi eksponensial yang cepat. Inflasi kosmik adalah “landasan lain dari kosmologi,” kata Pan, dan para ilmuwan sedang mencari tanda-tanda gelombang gravitasi awal dan bukti langsung lainnya dari teori tersebut. Kehadiran pelensaan gravitasi menimbulkan gangguan pada jejak inflasi, sehingga memerlukan penghilangan kontaminasi yang dapat dihitung menggunakan pengukuran pelensaan yang akurat.
Meskipun beberapa hasil dari data SPT-3G baru akan memperkuat pengetahuan yang ada, hasil lainnya akan menimbulkan pertanyaan baru.
“Setiap kali kami menambahkan lebih banyak data, kami menemukan lebih banyak hal yang tidak kami pahami,” kata Bender, yang memegang janji temu bersama di Universitas Chicago. “Saat Anda mengupas lapisan bawang ini, Anda belajar lebih banyak tentang instrumen Anda serta pengukuran ilmiah Anda terhadap langit.”
Sangat sedikit yang diketahui tentang komponen alam semesta yang tidak terlihat sehingga pemahaman apa pun sangatlah penting, kata Pan: “Semakin banyak kita belajar tentang distribusi materi gelap, semakin dekat kita untuk memahami sifat dan perannya dalam membentuk alam semesta di mana kita berada. kita hidup. Hari ini.”
Referensi: “Pengukuran Lensa Gravitasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik Menggunakan Data SPT-3G 2018” paling lambat 12 Desember 2023, Tinjauan Fisik D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.108.122005
Pekerjaan ini didanai oleh Kantor Program Kutub dari National Science Foundation dan Program Fisika Energi Tinggi dari Kantor Sains DOE. Pan memimpin analisis ilmiah dalam kolaborasi erat dengan penulis utama WL Kimmy Wu dan Federico Bianchini (SLAC National Lab) dan kolaborasi SPT-3G. Rekan penulis yang berafiliasi dengan Argonne dengan Bender dan Pan adalah Lindsey Bleem, Karen Byrum, John Carlstrom, Faustin Carter (lulusan Argonne), Thomas Cecil, Clarence Chang, Junjia Ding (lulusan Argonne), Riccardo Gualtieri (lulusan Argonne), Angelina Harke- Hosemann (lulusan Argonne), Jason Henning (lulusan Argonne), Florian Kéruzoré, Trupti Khaire (lulusan Argonne), Steve Kuhlmann, Valentine Novosad, John Pearson, Chrystian Posada (lulusan Argonne), Gensheng Wang, dan Volodymyr Yefremenko.
+ There are no comments
Add yours