Med unika möjligheter att spåra mikrovågsenergifluktuationer producerade ett litet observatorium i Anderna i norra Chile kartor över 75 % av himlen som en del av ett försök att mäta universums ursprung och utveckling mer exakt.
U.S. National Science Foundation Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS), ett samarbete ledd av Johns Hopkins University astrofysiker, skapade kartorna. Genom att mäta mikrovågspolarisation, eller hur dessa energivågor vickar i särskilda riktningar, undersöker teamet universums historia och fysik – från de allra första ögonblicken till när galaxer, stjärnor och planeter bildades.
De nya kartorna över himlen och lagets tolkningar av dem kommer att publiceras i The Astrophysical Journal .
Resultaten förbättrar avsevärt observationer där forskare behöver filtrera bort mikrovågor, en form av osynligt ljus, som sänds ut av vår Vintergatans galax, rapporterar teamet. Fynden förväntas hjälpa forskare att få en bättre förståelse av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, den kvarvarande strålningen från det varma, täta och unga universum som har utvecklats under dess 13,8 miljarder år långa livstid. Kosmologer använder denna signal för att få ihop viktiga bevis om det tidiga universum.
"Genom att studera polariseringen av den kosmiska mikrovågsbakgrunden kan astrofysiker sluta sig till hur universum måste ha sett ut vid tidigare tider", säger Tobias Marriage, en Johns Hopkins-professor i fysik och astronomi som medledare för teamet. "Astrofysiker kan gå tillbaka till mycket, mycket tidiga tider - de ursprungliga förhållandena, de allra första ögonblicken där materien i universum och distributionen av energi först sattes på plats - och kan koppla allt det till vad vi ser idag."
De nya CLASS-kartorna ger ytterligare insikt i en specifik signal som kallas linjär polarisering, som kommer från strålning som skapas av snabbt rörliga elektroner som virvlar runt Vintergatans magnetfält. Den här signalen hjälper forskare att studera vår galax, men den kan också förvirra deras syn på det tidiga universum.
"Fynden förbättrar dramatiskt vår förståelse av de fysiska processerna i det tidiga universum som kunde ha skapat en bakgrund av cirkulär polarisering, en distinkt form av mikrovågsstrålning. För linjär polarisering har de nya resultaten förbättrat mätningarna av signalerna från Vintergatan. De visar en hög grad av överensstämmelse och överträffar känsligheten för tidigare rymduppdrag", säger Charles L. Bennett, en Bloomberg Distinguished Professor, Alumni Centennial Professor och en Johns Hopkins Gilman Scholar i fysik och astronomi.
"Att studera reliktstrålningen från universums början är avgörande för att förstå hur hela kosmos kom till och varför det är som det är", säger Nigel Sharp, programdirektör vid NSF:s avdelning för astronomiska vetenskaper, som har stött CLASS teleskoparray sedan före 2010.
"Dessa nya mätningar ger viktiga storskaliga detaljer i vår växande bild av variationer som finns i den kosmiska bakgrundsstrålningen - en bedrift som är särskilt imponerande eftersom den uppnåddes med markbaserade instrument."
Till skillnad från rymduppdrag banar forskningen väg för mer detaljerade observationer med markbaserade teleskop som möjliggör pågående instrumentförbättringar. CLASS-observatoriet implementerade ny teknik, inklusive släta väggar för att styra strålning från rymden till detektorer, specialdesignade detektorer och nya polarisationsmodulatorer. Alla dessa tre utvecklades i samarbete mellan NASA och Johns Hopkins.
"Det är mycket viktigt att känna till ljusstyrkan för emission från vår Vintergatans galax eftersom det är detta vi måste korrigera för att göra en djupare analys av den kosmiska mikrovågsbakgrunden", säger huvudförfattaren Joseph Eimer, en astrofysiker vid Johns Hopkins.
"CLASS är mycket framgångsrik när det gäller att karakterisera den signalens karaktär så att vi kan känna igen den och ta bort dessa föroreningar från observationer. Projektet ligger i framkant när det gäller att driva markbaserade polarisationsmätningar i de största skalorna."
Teamet sa att resultaten satte en ny standard för att upptäcka polarisering i de största skalorna från ett markbaserat observatorium, vilket erbjuder lovande möjligheter för framtida undersökningar, särskilt med inkluderandet av ytterligare CLASS-data, både redan erhållna och från pågående observationer.
Mer information: The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad1abf
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av Johns Hopkins University
