Конец эпохи: коллаборация "Планка" выпустила последние карты реликтового излучения

Коллаборация проекта Planck опубликовала финальный релиз данных. Он подтвердил, что наблюдения почти полностью согласуются с современными космологическими теориями. Но за этим "почти" могут стоять открытия, которые войдут в историю.

Напомним, что "Планк" – это космический радиотелескоп, измерявший до 2013 года характеристики реликтового излучения. Этот микроволновый фон, сохранившийся со времён самых ранних этапов жизни Вселенной, несёт уникальную информацию о том, как она устроена.

Космическая обсерватория была запущена 14 мая 2009 года. С 12 августа 2009 года по 23 октября 2013 года она в ходе двух исследовательских кампаний наблюдала небо в девяти интервалах частот из диапазона от 30 до 857 гигагерц.

Первый релиз "Планка" вышел уже 21 марта 2013 года (были проанализированы данные, собранные до ноября 2010 года). В нём была описана только информация о яркости, или, как предпочитают говорить астрономы, температуре реликтового излучения.

Полученные карты почти полностью согласовывались со стандартной космологической моделью. (Напомним, что это доминирующая теория строения и эволюции Вселенной.) Увязывающая в единое целое многочисленные и разнородные наблюдательные результаты, она рассказывает историю космоса, начиная с Большого взрыва. Добавим, что неотъемлемой частью модели являются тёмная материя и тёмная энергия.

"Это самое важное наследие "Планка", – отмечает участник коллаборации Ян Таубер (Jan Tauber) из Европейского космического агентства. – Пока стандартная космологическая модель выдержала все испытания, и "Планк" осуществил измерения, которые показывают это".

В частности, космический телескоп помог определить количество тёмной энергии и тёмной материи во Вселенной (74% и 22% от полной энергии Вселенной, соответственно). Кроме того, выяснилось, что в глобальном масштабе геометрия пространства евклидова (или же отличие от неё столь мало, что погрешности измерений не позволяют это заметить). А ещё "Планк" помог определить возраст Вселенной (около 13,7 миллиарда лет).

Наконец, карта неоднородностей реликтового излучения совпала с предсказаниями инфляционной модели, о которой мы подробно рассказывали. Это было первое и долгожданное подтверждение заманчивой теории, позволившей преодолеть многие трудности "классической" модели Большого взрыва.

Однако в первой порции данных "Планка" оказалось и несколько неожиданных результатов, не укладывающихся в существующие теории. На тот момент трудно было сказать, отражают ли они устройство Вселенной или вызваны недостатками наблюдений.

Следующий релиз вышел в 2015 году. Нынешняя порция данных – третья и последняя. Она содержит сведения не только о температуре, но и о поляризации реликтового излучения ("Вести.Наука" подробно объясняли, что такое поляризация электромагнитных волн). Этот параметр несёт информацию об очень раннем этапе жизни Вселенной, когда реликтовое излучение интенсивно взаимодействовало с веществом.

В целом новый релиз с более высокой точностью подтвердил ранее полученные выводы. Большинство флажков "здесь мы не уверены в достоверности данных", расставленных авторами предыдущих релизов, снято.

"Теперь мы действительно уверены, что можем получить космологическую модель, основанную исключительно на температуре, только на поляризации и созданную на основе как температуры, так и поляризации. И все они совпадают", – говорит участник коллаборации Рено Мандолези (Reno Mandolesi) из Университета Феррары, Италия.

Однако окончательный релиз, подтвердив результаты, согласующиеся с теорией, подтвердил и данные, противоречащие ей. В частности, постоянная Хаббла по данным "Планка" упорно оказывается равна 67,4 километра в секунду на мегапарсек с погрешностью менее процента. В то же время данные оптических наблюдений, в том числе совсем недавних, дают значение в 73,5 километра в секунду на мегапарсек с неопределённостью в два процента. Видно, что разница между двумя числами выходит далеко за рамки заявленных погрешностей измерений. Есть и несколько других нестыковок, касающихся величин, известных только специалистам.

Не исключено, что за этими нестыковками стоят открытия, которые изменят лицо физики. Ведь величайшие теории двадцатого века – общая теория относительности и квантовая механика – тоже начинались с "маленьких неувязок" между экспериментальными данными и существовавшими на тот момент моделями.

Впрочем, учёные, как им и положено, осторожны в своих оценках.

"На данный момент нам не следует слишком волноваться по поводу Новой физики: вполне возможно, что относительно небольшое несоответствие может быть объяснено сочетанием небольших ошибок и локальных эффектов. Но нам нужно продолжать улучшать наши измерения и думать о способах лучше объяснить их [результаты]", – говорит Таубер.

К слову, "Вести.Наука" рассказывали о неожиданном способе определить, какое из двух значений постоянной Хаббла ближе к истине. В этом могут помочь гравитационные волны.

На данный момент проект Planck в стадии расформирования. Многие сотрудники уже перешли в другие команды. Добавим, что ни ЕКА, ни НАСА на данный момент не планируют новых миссий для изучения реликтового излучения. Многие специалисты встревожены таким положением вещей.

"С научной точки зрения, это будет катастрофой, – заявляет на страницах Nature участник коллаборации Сильвия Галли (Silvia Galli) из Парижского института астрофизики. – Существует риск, что многие ноу-хау и накопленный опыт будут потеряны".

Впрочем, некоторые страны готовы заполнить образовавшуюся нишу. В частности, Япония собирается запустить миссию LiteBIRD для изучения поляризации реликтового излучения.