Jeżeli w momencie wyemitowania mikrofalowego promieniowania tła fala grawitacyjna rozciągała obszar z plazmą w naszym kierunku tzn. w kierunku tych rejonów Wszechświata, z których następnie powstała nasza Galaktykapromieniowanie z tego obszaru będzie przesunięte ku niebieskiej części widma, gdyż nastąpiło skrócenie długości fali (co spowodowało jednocześnie niewielki wzrost temperatury w tym obszarze). I odwrotnie, jeśli fala grawitacyjna powodowała ściskanie obszaru plazmy wzdłuż linii widzenia podczas emitowania mikrofalowego promieniowania tła, będzie wydawało się ono bardziej czerwone, gdyż zostało przesunięte ku dłuższym falom (i niższej temperaturze). Badając niebieskie i czerwone plamy w tym tle które odpowiadają cieplejszym i chłodniejszym obszarom badacze będą prawdopodobnie mogli zaobserwować ruchy plazmy spowodowane przez inflacyjne fale grawitacyjne. Sam Wszechświat stanie się detektorem fal grawitacyjnych.

JEDNAK ZADANIE TO nie jest takie proste. Jak już wspomnieliśmy na początku artykułu, niejednorodności w rozkładzie materii też powodują wahania temperatury mikrofalowego promieniowania tła. (Np. pole grawitacyjne w obszarach, gdzie plazma jest gęstsza, przesunie ku czerwieni długości fal fotonów wyemitowanych z tego obszaru, powodując powstanie różnic temperatury obserwowanych przez COBE.) Gdyby kosmolodzy mierzyli jedynie temperaturę promieniowania, nie byliby w stanie stwierdzić, jaka część tych różnic (jeśli w ogóle jakaś) została spowodowana przez fale grawitacyjne. Dzięki obserwacjom COBE i innych detektorów mikrofalowego promieniowania tła wiadomo, że fale grawitacyjne nie mogły spowodować różnic temperatury większych niż rzędu jednej stutysięcznej. Ten fakt prowadzi do interesującego ograniczenia dotyczącego procesu fizycznego, który spowodował inflację skala energii inflacji musi być mniejsza od około 1016 GeV, a zatem epoka inflacyjna nie mogła rozpocząć się wcześniej niż 10~38 s po Wielkim Wybuchu.Ale jak dowiedzieć się czegoś więcej? W jaki sposób kosmolodzy mogą ominąć trudności wynikające z niepewności pochodzenia fluktuacji temperatury? Odpowiedź ma związek z własnościami polaryzacyjnymi mikrofalowego promieniowania tła. Gdy światło odbija się od powierzchni w taki sposób, że wiązka odbita jest niemal prostopadła do padającej, to zostaje liniowo spolaryzowane tzn. fale zostają zorientowane w pewnym określonym kierunku. Ten efekt wykorzystuje się w polaryzacyjnych okularach słonecznych: ponieważ zwykle światło odbite od powierzchni jest spolaryzowane poziomo, filtry w okularach zmniejszają natężenie światła, nie przepuszczając światła słonecznego o takiej właśnie polaryzacji. Mikrofalowe promieniowanie tła też jest spolaryzowane. Tuż zanim Wszechświat stal się przezroczysty dla promieniowania, fotony mikrofalowego promieniowania tła po raz ostatni rozproszyły się na elektronach plazmy. Niektóre z tych fotonów zderzyły się z elektronami pod dużym kątem i uległy polaryzacji.

Kluczem do detekcji inflacyjnych fal grawitacyjnych jest fakt, że ruch plazmy spowodowany przez fale grawitacyjne prowadzi do powstania innego rodzaju rozkładu polaryzacji niż wywoływany niejednorodnością materii. Pomysł jest dość prosty. Liniową polaryzację mikrofalowego promieniowania tła można przedstawić jako krótki prosty odcinek, którego nachylenie jest wskaźnikiem kąta polaryzacji fotonów w danym obszarze nieba. Te odcinki niekiedy układają się w pierścienie albo promieniste wzory. Mogą one również układać się w wiry lewo lub prawoskrętne, a przez to wydają się obracać zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do niego. Kierunek obrotu tych wirów mówi o tym, jak one powstały. Niejednorodności w rozkładzie masy nie mogą wytwarzać polaryzacji takiego rodzaju, gdyż gęstsze i rozrzedzone obszary plazmy nie mają lewo lub prawoskrętnej orientacji.

Tagi: promieniowanie, grawitacja, temperatura

Katalog

Partnerzy

kitchen extension ad serwer

Reklama