Космологический геодезист большого углового масштаба
 Телескопы КЛАСС ночью | |
| Альтернативные названия | СОРТ |
|---|---|
| Местоположение(а) | Пустыня Атакама |
| Координаты | 22 ° 58' ю.ш., 67 ° 47' з.д. / 22,96 ° ю.ш., 67,79 ° з.д. |
| Высота | 5140 м (16860 футов) |
| Длина волны | 1,4, 2,0, 3,3, 7,5 мм (214, 150, 91, 40 ГГц) |
| Стиль телескопа | эксперимент с космическим микроволновым фоном радиотелескоп  |
| Веб-сайт | сайты |
  Местоположение космологического геодезиста большого углового масштаба | |
 Соответствующие СМИ на сайте Commons | |
Космологический геодезист большого углового масштаба ( КЛАСС ) [1] [2] [3] [4] [5] представляет собой комплекс микроволновых телескопов, расположенный на высокогорном участке в пустыне Атакама в Чили и являющийся частью Астрономического парка Атакамы. [6] Эксперимент CLASS направлен на то, чтобы улучшить наше понимание космического рассвета , когда включились первые звезды, проверить теорию космической инфляции и различить инфляционные модели очень ранней Вселенной путем точных измерений поляризации космического микроволнового фона (CMB). более 65% неба на нескольких частотах в микроволновой области электромагнитного спектра .
Научные цели
[ редактировать ]
CLASS преследует две основные научные цели. Во-первых, нужно проверить теорию инфляции. В физической космологии космическая инфляция является ведущей теорией очень ранней Вселенной; [7] однако данные наблюдений за инфляцией все еще неубедительны. Инфляционные модели в общих чертах предсказывают, что гравитационно-волновой фон (GWB) возник бы вместе с возмущениями плотности, которые порождают крупномасштабные структуры . Такая инфляционная GWB оставила бы отпечаток как на температуре, так и на поляризации реликтового излучения. В частности, это оставит характерную и уникальную картину поляризации, называемую структурой B-моды , в поляризации реликтового излучения. Измерение поляризации B-моды в реликтовом излучении стало бы важным подтверждением инфляции и дало бы редкий взгляд на физику сверхвысоких энергий. [8] [9]
Вторая основная научная цель CLASS — улучшить наше понимание «космического рассвета», когда первые звезды осветили Вселенную. Ультрафиолетовое (УФ) излучение этих звезд лишило атомы электронов в процессе, называемом « реионизацией ». Освободившиеся электроны рассеивают реликтовый свет, создавая поляризацию, которую измеряет CLASS. Таким образом, CLASS может улучшить наши знания о том, когда и как произошел космический рассвет. Лучшее понимание космического рассвета также поможет другим экспериментам измерить сумму масс трех известных нейтрино типов с использованием гравитационного линзирования реликтового излучения. [10]
Дополнительные научные цели CLASS — лучше понять нашу собственную Галактику Млечный Путь и найти доказательства экзотической новой физики посредством ограничения круговой поляризации в реликтовом излучении и крупномасштабных аномалий. ( см. в разделе «Низкие мультиполи и другие аномалии» статьи о космическом микроволновом фоне Дополнительную информацию о последнем .)
Инструмент
[ редактировать ]
Прибор CLASS предназначен для обследования 65% неба на миллиметровых волнах в микроволновой части электромагнитного спектра с наземной обсерватории с разрешением около 1° — примерно в два раза больше углового размера Солнца и Луны, чем смотреть с Земли. Массив CLASS будет состоять из двух альтазимутальных монтировок , которые позволят направлять телескопы для наблюдения за разными участками неба. Четыре телескопа CLASS будут вести наблюдение на разных частотах, чтобы отделить излучение нашей галактики от излучения реликтового излучения. Один телескоп будет вести наблюдения на частоте 40 ГГц (длина волны 7,5 мм); два телескопа будут вести наблюдения на частоте 90 ГГц (длина волны 3,3 мм); а четвертый телескоп будет вести наблюдения в двух полосах частот: 150 ГГц (длина волны 2 мм) и 220 ГГц (длина волны 1,4 мм). На каждой монтировке размещены два отдельных телескопа, ведущих наблюдения на разных частотах.
Прибор CLASS специально разработан для измерения поляризации. Будучи электромагнитной волной , свет состоит из колеблющихся электрического и магнитного полей. Эти поля могут иметь как амплитуду, или интенсивность, так и предпочтительное направление, в котором они колеблются, или поляризацию. Поляризованный сигнал, который попытается измерить CLASS, невероятно мал. Ожидается, что изменение поляризации уже холодного реликтового излучения с температурой 2,725 К составит всего лишь несколько частей на миллиард. [11] Для измерения такого слабого сигнала CLASS будет использовать массивы в фокальной плоскости с большим количеством болометров рупорами с облучающими с переходным краем и датчиками , охлаждаемыми до температуры всего на 0,1 °C выше абсолютного нуля с помощью криогенных гелиевых холодильников . Эта низкая температура снижает собственный тепловой шум детекторов. [12] [13] [14]
Другим уникальным аспектом телескопов CLASS является использование модулятора поляризации с переменной задержкой (VPM), позволяющего точно и стабильно измерять поляризацию. VPM модулирует или включает и выключает поляризованный свет, поступающий на детектор с известной частотой, примерно 10 Гц, оставляя при этом неполяризованный свет неизменным. Это позволяет четко отделить крошечную поляризацию реликтового излучения от гораздо большей неполяризованной атмосферы путем « привязки » к сигналу частотой 10 Гц . VPM также модулирует круговую поляризацию в противофазе с линейной поляризацией, обеспечивая CLASS чувствительность к круговой поляризации . Поскольку в CMB не ожидается круговой поляризации, VPM позволяет провести ценную проверку систематических ошибок в данных, просматривая сигнал круговой поляризации, который должен соответствовать нулю.
Поскольку водяной пар в атмосфере излучает микроволновые частоты, CLASS будет вести наблюдение с очень сухой и высокогорной площадки в Андах на краю пустыни Атакама в Чили. По той же причине близлежащие площадки были выбраны другими обсерваториями, включая CBI , ASTE , Nanten , APEX , ALMA , ACT и POLARBEAR .
Текущий статус и результаты
[ редактировать ]В настоящее время CLASS наблюдает за небом во всех четырех диапазонах частот. Телескоп CLASS с частотой 40 ГГц достиг первого света 8 мая 2016 года и начал примерно пятилетнюю съемку в сентябре 2016 года после завершения первоначальных пусконаладочных наблюдений. В начале 2018 года первый телескоп 90 ГГц был установлен на той же монтировке, что и телескоп 40 ГГц, а первый свет появился 30 мая 2018 года. В 2019 году был развернут двухчастотный телескоп 150/220 ГГц вместе со второй монтировкой телескопа. и достиг первого света 21 сентября 2019 года.
CLASS впервые обнаружил круговую поляризацию атмосферы на частоте 40 ГГц, что согласуется с моделями круговой поляризации атмосферы, обусловленной зеемановским расщеплением молекулярного кислорода в присутствии магнитного поля Земли. [15] Круговая поляризация атмосферы плавно меняется по небу, что позволяет отделить ее от небесной круговой поляризации. Это позволило CLASS ограничить небесную круговую поляризацию на частоте 40 ГГц до уровня менее 1 мкК в угловых масштабах 5 градусов и менее 4 мкК в угловых масштабах около 1 градуса. [16] Это улучшение предыдущих ограничений на круговую поляризацию реликтового излучения более чем в 100 раз. [17] [18]
См. также
[ редактировать ]
- Llano de Chajnantor Observatory
- БИЦЕП и массив Кека
- Список экспериментов с космическим микроволновым фоном
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «КЛАСС: Космологический геодезист большого углового масштаба» . Университет Джонса Хопкинса . Проверено 12 августа 2015 г.
- ^ Эссингер-Хилеман, TE; и др. (2014). Холланд, Уэйн С.; Змуидзинас, Йонас (ред.). «КЛАСС: космологический геодезист большого углового масштаба». Серия конференций Общества инженеров фотооптического приборостроения (SPIE) . Детекторы и приборы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона для астрономии VII. 9153 : 91531И. arXiv : 1408.4788 . Бибкод : 2014SPIE.9153E..1IE . дои : 10.1117/12.2056701 . S2CID 13691600 .
- ^ «Астрофизик, команда выиграла грант на постройку телескопа» . Университет Джонса Хопкинса. Архивировано из оригинала 14 декабря 2012 г. Проверено 15 января 2014 г.
- ^ «ARRA поможет построить телескоп» . Фотоника Медиа . Проверено 15 января 2014 г.
- ^ «Команда астрофизиков Университета Джона Хопкинса строит телескоп для изучения происхождения Вселенной» . Университет Джонса Хопкинса . Проверено 27 мая 2014 г.
- ^ «Астрономия, технологии, промышленность: дорожная карта содействия развитию технологий и инноваций в области астрономии в Чили» (PDF) . Conicyt Министерство образования, Правительство Чили . Проверено 10 февраля 2014 г.
- ^ Линде, А. (2014). «Инфляционная космология после Планка 2013». arXiv : 1402.0526 [ шестнадцатый ].
- ^ Бойл, Лэтэм А.; Стейнхардт, П.Дж.; Турок, Н. (2006). «Пересмотр инфляционных прогнозов скалярных и тензорных колебаний». Письма о физических отзывах . 96 (11): 111301. arXiv : astro-ph/0507455 . Бибкод : 2006PhRvL..96k1301B . doi : 10.1103/PhysRevLett.96.111301 . ПМИД 16605810 . S2CID 10424288 .
- ^ Тегмарк, Макс (2005). «Что на самом деле предсказывает инфляция?». Журнал космологии и физики астрочастиц . 0504 (4): 001. arXiv : astro-ph/0410281 . Бибкод : 2005JCAP...04..001T . дои : 10.1088/1475-7516/2005/04/001 . S2CID 17250080 .
- ^ Эллисон, Р.; Каукал, П.; Калабрезе, Э.; Данкли, Дж.; Луи, Т. (23 декабря 2015 г.). «На пути к космологическому обнаружению массы нейтрино». Физический обзор D . 92 (12): 123535. arXiv : 1509.07471 . Бибкод : 2015PhRvD..92l3535A . дои : 10.1103/PhysRevD.92.123535 . ISSN 1550-7998 . S2CID 53317662 .
- ^ Мэзер, Дж. К. (январь 1994 г.). «Измерение спектра космического микроволнового фона прибором COBE FIRAS». Астрофизический журнал . 420 : 439–444. Бибкод : 1994ApJ...420..439M . дои : 10.1086/173574 .
- ^ Эймер, младший; Беннетт, CL; Чусс, Д.Т.; Брак, Т.; Воллак, EW; Цзэн, Л. (2012). Холланд, Уэйн С. (ред.). «Космологический геодезист большого углового масштаба (КЛАСС): оптическая конструкция 40 ГГц». Серия конференций Общества инженеров фотооптического приборостроения (SPIE) . Детекторы и приборы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона для астрономии VI. 8452 : 845220. arXiv : 1211.0041 . Бибкод : 2012SPIE.8452E..20E . дои : 10.1117/12.925464 . S2CID 118497911 .
- ^ Эймер, младший (2013). Космологический геодезист большого углового масштаба (КЛАСС): В поисках энергетической шкалы инфляции (доктор философии). Университет Джонса Хопкинса.
- ^ Аппель Дж.В.; и др. (2014). Холланд, Уэйн С.; Змуидзинас, Йонас (ред.). «Космологический геодезист большого углового масштаба (КЛАСС): детекторная решетка болометрических поляриметров на частоте 38 ГГц». Серия конференций Общества инженеров фотооптического приборостроения (SPIE) . Детекторы и приборы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона для астрономии VII. 9153 : 91531Дж. arXiv : 1408.4789 . Бибкод : 2014SPIE.9153E..1JA . дои : 10.1117/12.2056530 . S2CID 52233099 .
- ^ Петров, Мэтью А.; Эймер, Джозеф Р.; Харрингтон, Кэтлин; Али, Аамир; Аппель, Джон В.; Беннетт, Чарльз Л.; Брюэр, Майкл К.; Бустос, Рикардо; Чан, Манвэй; Чусс, Дэвид Т.; Клири, Джозеф (30 января 2020 г.). «Двухлетние космологические наблюдения большого углового масштаба (CLASS): первое обнаружение круговой поляризации атмосферы в диапазоне Q» . Астрофизический журнал . 889 (2): 120. arXiv : 1911.01016 . Бибкод : 2020ApJ...889..120P . дои : 10.3847/1538-4357/ab64e2 . ISSN 1538-4357 . S2CID 207870198 .
- ^ Падилья, Иван Л.; Эймер, Джозеф Р.; Ли, Юньян; Аддисон, Грэм Э.; Али, Аамир; Аппель, Джон В.; Беннетт, Чарльз Л.; Бустос, Рикардо; Брюэр, Майкл К.; Чан, Манвэй; Чусс, Дэвид Т. (29 января 2020 г.). «Двухлетние космологические наблюдения большого углового масштаба (CLASS): измерение круговой поляризации на частоте 40 ГГц» . Астрофизический журнал . 889 (2): 105. arXiv : 1911.00391 . Бибкод : 2020ApJ...889..105P . дои : 10.3847/1538-4357/ab61f8 . ISSN 1538-4357 . S2CID 207870170 .
- ^ Майнини, Р.; Минелли, Д.; Герваси, М.; Боэлла, Г.; Сирони, Г.; Бау, А.; Банфи, С.; Пассерини, А.; Люсия, А. Де; Кавальер, Ф. (август 2013 г.). «Улучшенный верхний предел круговой поляризации реликтового излучения в больших угловых масштабах». Журнал космологии и физики астрочастиц . 2013 (8): 033. arXiv : 1307.6090 . Бибкод : 2013JCAP...08..033M . дои : 10.1088/1475-7516/2013/08/033 . ISSN 1475-7516 . S2CID 119236025 .
- ^ Надь, Дж. М.; Аде, Пенсильвания; Амири, М.; Бентон, SJ; Бергман, А.С.; Бихари, Р.; Бок, Джей-Джей; Бонд-младший; Брайан, Южная Каролина; Чанг, ХК; Контальди, Чехия (август 2017 г.). «Новый предел круговой поляризации реликтового излучения от SPIDER» . Астрофизический журнал . 844 (2): 151. arXiv : 1704.00215 . Бибкод : 2017ApJ...844..151N . doi : 10.3847/1538-4357/aa7cfd . hdl : 10852/60193 . ISSN 0004-637X . S2CID 13694135 .
