Ahli kosmologi dari California Institute of Technology telah menggunakan pengamatan yang menyelidik kembali ke zaman terpencil jagat raya ketika atom pertama kali terbentuk untuk mendeteksi pergerakan di antara benih yang memunculkan gugusan galaksi. Hasil baru menunjukkan gerakan materi purba dalam perjalanannya untuk membentuk cluster galaksi dan superkluster. Pengamatan diperoleh dengan instrumen tinggi di Andes Chili yang dikenal sebagai Cosmic Background Imager (CBI), dan mereka memberikan kepercayaan baru pada keakuratan model standar alam semesta awal di mana inflasi cepat terjadi sesaat setelah Big Bang .
Ciri baru dari pengamatan polarisasi ini adalah bahwa mereka mengungkapkan secara langsung benih kluster galaksi dan gerakan mereka saat mereka membentuk kluster galaksi pertama.
Dilaporkan dalam Science Express edisi online 7 Oktober, Profesor Astronomi Rawn dari Caltech, dan penyelidik utama pada proyek CBI, Anthony Readhead dan timnya mengatakan hasil polarisasi baru memberikan dukungan kuat untuk model standar alam semesta sebagai tempat di mana materi gelap dan energi gelap jauh lebih lazim daripada materi sehari-hari seperti yang kita kenal, yang merupakan masalah besar bagi fisika. Sebuah makalah pendamping yang menggambarkan pengamatan polarisasi awal dengan CBI telah diserahkan ke Astrophysical Journal.
Latar belakang kosmik yang diamati oleh CBI berasal dari era hanya 400.000 tahun setelah Big Bang dan memberikan banyak informasi tentang sifat alam semesta. Pada zaman terpencil ini, tidak ada struktur alam semesta yang sudah dikenal ada - tidak ada galaksi, bintang, atau planet. Sebaliknya hanya ada sedikit fluktuasi kepadatan, dan ini adalah benih dari mana galaksi dan bintang terbentuk di bawah tangan gravitasi.
Instrumen sebelum CBI telah mendeteksi fluktuasi pada skala sudut besar, yang sesuai dengan massa yang jauh lebih besar daripada superclusters galaksi. Resolusi tinggi CBI memungkinkan benih dari struktur yang kami amati di sekitar kami di Space Magazine diamati untuk pertama kalinya pada Januari 2000.
Alam semesta yang mengembang mendingin dan 400.000 tahun setelah Ledakan Besar itu cukup dingin bagi elektron dan proton untuk bergabung membentuk atom. Sebelum waktu ini, foton tidak dapat melakukan perjalanan jauh sebelum bertabrakan dengan elektron, dan alam semesta seperti kabut tebal, tetapi pada titik ini alam semesta menjadi transparan dan sejak saat itu foton telah mengalir bebas melintasi alam semesta untuk mencapai teleskop kita hari ini, 13,8 miliar tahun kemudian. Dengan demikian pengamatan dari latar belakang gelombang mikro memberikan gambaran tentang alam semesta seperti hanya 400.000 tahun setelah Big Bang - jauh sebelum pembentukan galaksi, bintang, dan planet pertama.
Data baru dikumpulkan oleh CBI antara September 2002 dan Mei 2004, dan mencakup empat bidang langit, mencakup luas total tiga ratus kali ukuran bulan dan menunjukkan perincian halus hanya sebagian kecil dari ukuran bulan. Hasil baru didasarkan pada sifat cahaya yang disebut polarisasi. Ini adalah properti yang dapat ditunjukkan dengan mudah dengan kacamata hitam polarisasi. Jika seseorang melihat cahaya yang dipantulkan dari kolam melalui kacamata hitam tersebut dan kemudian memutar kacamata hitamnya, orang akan melihat cahaya yang dipantulkan bervariasi dalam kecerahan. Ini karena cahaya yang dipantulkan terpolarisasi, dan kacamata hitam yang terpolarisasi hanya mentransmisikan cahaya yang polarisasinya selaras dengan kacamata. CBI juga mengambil cahaya yang terpolarisasi, dan detail dari cahaya ini yang mengungkap gerakan benih kluster galaksi.
Dalam intensitas total kita melihat serangkaian puncak dan lembah, di mana puncak adalah harmonik berturut-turut dari "nada" fundamental. Dalam emisi terpolarisasi kita juga melihat serangkaian puncak dan lembah, tetapi puncak dalam emisi terpolarisasi bertepatan dengan lembah dalam intensitas total, dan sebaliknya. Dengan kata lain, emisi terpolarisasi tepat di luar langkah dengan intensitas total. Sifat emisi terpolarisasi ini berada di luar langkah dengan intensitas total menunjukkan bahwa emisi terpolarisasi muncul dari gerakan material.
Deteksi pertama dari emisi terpolarisasi oleh Degree Angular Scale Interferometer (DASI), proyek saudara dari CBI, pada tahun 2002 memberikan bukti dramatis gerakan di alam semesta awal, seperti yang dilakukan pengukuran oleh Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) pada tahun 2003 Hasil CBI yang diumumkan hari ini secara signifikan menambah temuan-temuan sebelumnya dengan menunjukkan secara langsung, dan pada skala kecil yang sesuai dengan kluster galaksi, bahwa emisi terpolarisasi tidak sesuai dengan intensitas total.
Data lain tentang polarisasi latar belakang gelombang mikro kosmik dirilis hanya dua minggu yang lalu oleh tim DASI, yang tiga tahun hasilnya menunjukkan bukti kuat lebih lanjut bahwa polarisasi memang karena latar belakang kosmik dan tidak terkontaminasi oleh radiasi dari Bima Sakti. Oleh karena itu, hasil dari kedua proyek bersaudara ini saling melengkapi satu sama lain dengan indah, seperti niat Readhead dan John Carlstrom, peneliti utama DASI dan rekan penulis pada makalah CBI, ketika mereka merencanakan dua instrumen ini satu dekade yang lalu.
Menurut Readhead, “Fisika tidak memiliki penjelasan yang memuaskan untuk energi gelap yang mendominasi alam semesta. Masalah ini menghadirkan tantangan paling serius bagi fisika fundamental sejak revolusi kuantum dan relativistik seabad lalu. Keberhasilan percobaan polarisasi ini memberi keyakinan pada kemampuan kami untuk menyelidiki detail halus dari latar belakang kosmik terpolarisasi, yang pada akhirnya akan menyoroti sifat energi gelap ini. "
"Keberhasilan percobaan polarisasi ini telah membuka jendela baru untuk menjelajahi alam semesta yang memungkinkan kita untuk menyelidiki contoh-contoh pertama dari alam semesta melalui pengamatan gelombang gravitasi dari zaman inflasi," kata Carlstrom.
Analisis data CBI dilakukan bekerja sama dengan kelompok-kelompok di National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dan di Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA).
"Ini benar-benar saat yang menyenangkan dalam penelitian kosmologis, dengan konvergensi teori dan pengamatan yang luar biasa, alam semesta yang penuh dengan misteri seperti materi gelap dan energi gelap, dan berbagai teknologi baru yang fantastis - ada potensi luar biasa untuk penemuan mendasar di sini" kata Steve Myers dari NRAO, rekan penulis dan anggota kunci tim CBI sejak awal.
Menurut Richard Bond, direktur CITA dan rekan penulis makalah, “Sebagai seorang ahli teori di awal tahun delapan puluhan, ketika kami pertama kali menunjukkan bahwa besarnya polarisasi latar belakang gelombang mikro kosmik kemungkinan akan menjadi faktor dari turunnya seratus kekuatan dari variasi suhu menit yang merupakan upaya heroik untuk ditemukan, tampaknya angan-angan bahwa bahkan di masa depan yang jauh pun sinyal menit seperti itu akan terungkap. Dengan deteksi polarisasi ini, harapan-untuk telah menjadi kenyataan, berkat kemajuan teknologi yang luar biasa dalam eksperimen seperti CBI. Merupakan hak istimewa kami di CITA untuk terlibat penuh sebagai anggota tim CBI dalam mengungkap sinyal-sinyal ini dan menafsirkan signifikansi kosmologis mereka untuk apa yang telah muncul sebagai model standar pembentukan dan evolusi struktur kosmik. "
Langkah selanjutnya untuk Readhead dan tim CBI adalah memperbaiki pengamatan polarisasi ini secara signifikan dengan mengambil lebih banyak data, dan untuk menguji apakah emisi terpolarisasi benar-benar keluar dari langkah dengan intensitas total dengan tujuan menemukan beberapa petunjuk tentang alam. materi gelap dan energi gelap.
CBI adalah susunan teleskop gelombang mikro yang terdiri dari 13 antena terpisah, masing-masing berdiameter sekitar tiga kaki dan beroperasi di 10 saluran frekuensi, yang dipasang secara bersamaan sehingga seluruh instrumen bertindak sebagai satu set interferometer 780. CBI terletak di Llano de Chajnantor, sebuah dataran tinggi di Chili pada ketinggian 16.800 kaki, menjadikannya instrumen ilmiah paling canggih yang pernah digunakan di ketinggian tinggi. Teleskop itu sangat tinggi, sehingga anggota tim ilmiah masing-masing harus membawa oksigen botol untuk melakukan pekerjaan itu.
Peningkatan kemampuan CBI menjadi polarisasi didukung oleh hibah yang besar dari Kavli Operating Institute, dan proyek ini juga merupakan penerima yang bersyukur atas dukungan yang berkelanjutan dari Barbara dan Stanley Rawn Jr. CBI juga didukung oleh National Science Foundation, yang California Institute of Technology, dan Canadian Institute for Advanced Research, dan juga telah menerima dukungan dermawan dari Maxine dan Ronald Linde, Cecil dan Sally Drinkward, dan Institut Kavli untuk Fisika Kosmologis di University of Chicago.
Selain para ilmuwan yang disebutkan di atas, makalah Science Express hari ini ditulis bersama oleh C. Contaldi dan J. L. Sievers dari CITA, J.K. Cartwright dan S. Padin, keduanya dari Caltech dan University of Chicago; B. S. Mason dan M. Pospieszalski dari NRAO; C. Achermann, P. Altamirano, L. Bronfman, S. Casassus, dan J. May semua dari University of Chile; C. Dickinson, J. Kovac, T. J. Pearson, dan M. Shepherd dari Caltech; W. Holzapfel dari UC Berkeley; E. M. Leitch dan C. Pryke dari University of Chicago; D. Pogosyan dari Universitas Toronto dan Universitas Alberta; dan R. Bustos, R. Reeves, dan S. Torres dari University of Concepci? n, Chile.
Sumber Asli: Siaran Berita Caltech
