Fakultas Sains dan Teknik, Universitas Groningen, Groningen, Belanda
4 Oktober 2021• Fisika 14, 135
Pencarian terbaru untuk gelombang gravitasi primordial belum menemukan sinyal, yang menyiratkan bahwa beberapa model alam semesta awal yang populer menjadi kurang layak.
Steffen Richter/Universitas Harvard
Gambar 1: Pemandangan udara dari percobaan BICEP2 di Kutub Selatan.
Steffen Richter/Universitas Harvard
Gambar 1: NS tampilan udara percobaan BICEP2 di Kutub Selatan.
×
Hebatnya, Alam Semesta skala besar dapat dijelaskan secara memadai oleh model yang hanya melibatkan segelintir parameter. Model materi gelap dingin (LCDM) lambda ini mendalilkan bahwa perluasan Alam Semesta didorong oleh kehadiran dua komponen gelap — energi gelap dan materi gelap — dan bahwa struktur galaksi yang kita amati hari ini bersumber dari variasi kerapatan kecil di masa awal. Semesta. Namun, para kosmolog memperkirakan bahwa fluktuasi kerapatan primordial ini disertai dengan fluktuasi struktur ruang-waktu itu sendiri. Gelombang gravitasi ini dapat diamati melalui sinyal yang diprediksi di latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Kolaborasi BICEP/Keck, yang telah menjadi pelopor dalam pencarian sinyal termasyhur ini, melaporkan kumpulan data terbarunya, tidak menemukan bukti gelombang gravitasi . Batas yang dihasilkan mendorong prediksi model, yang menunjukkan bahwa kita dengan cepat mendekati deteksi atau bahwa kita akan segera menyaksikan perubahan paradigma. Selain itu, analisis menunjukkan bahwa para peneliti memahami dengan baik kontaminan astrofisika yang mengaburkan pencarian tanda tangan peninggalan ini. Dengan mengurangi ketidakpastian tentang kontaminasi ini, kita harus memiliki keyakinan yang lebih besar dalam klaim deteksi di masa mendatang.
Deteksi kuat gelombang gravitasi peninggalan akan mengkonfirmasi bahwa Semesta kita kemungkinan dibentuk oleh mekanisme yang dikenal sebagai inflasi. Inflasi diperkenalkan pada awal 1980-an untuk memecahkan beberapa teka-teki kosmologi terbesar, dan sampai hari ini, itu adalah teori yang paling banyak diterima dan masuk akal dari alam semesta awal. Jika teori itu benar dan gelombang gravitasi memenuhi alam semesta awal, maka kosmolog mengharapkan pola yang berbeda, yang disebut B mode, harus dicantumkan dalam CMB [2]. Pada tahun 2014, percobaan BICEP di Kutub Selatan (Gbr. 1) melaporkan kemungkinan bukti B, tetapi sinyal tersebut ternyata hanyalah hasil debu di galaksi kita sendiri yang menghasilkan radiasi seperti CMB. Meskipun mengecewakan, upaya ini memusatkan upaya pada masalah debu (lihat Musim Berburu Gelombang Gravitasi Primordial).
Pada prinsipnya, CMB dan debu dapat dibedakan karena berbeda secara spektral. Selama bertahun-tahun, para peneliti dari eksperimen BICEP dan proyek bersama yang disebut Keck Array telah mengembangkan model debu menggunakan data pada frekuensi yang berbeda. Dengan menghilangkan kontribusi debu yang diperkirakan, Kolaborasi BICEP/Keck telah mampu menempatkan ikatan yang semakin ketat pada kontribusi gelombang gravitasi. Batas ini biasanya diberikan dalam bentuk rasio tensor terhadap skalar
, yang mencirikan amplitudo gelombang gravitasi relatif terhadap bahwa gelombang kepadatan. Sebelum BICEP/Keck, rasio tensor terhadap skalar diketahui kurang dari 0,11, berdasarkan pengamatan CMB oleh satelit Planck [3]. Dengan data BICEP/Keck, batas turun menjadi
R0.09 pada tahun 2016 [4] dan kemudian ke R0. 0
7
pada tahun 2018 [6]. Hasil terbaru mengurangi batas atas hampir dua faktor, R0 .0
36 . Tim BICEP/Keck telah memperkecil batasan ini dengan menggabungkan data pada tiga frekuensi (96 GHz, 150 GHz, dan 220 GHz) dari eksperimen mereka sendiri, dilengkapi dengan data arsip dari satelit WMAP dan Planck.
Sebelum mengomentari implikasi teoretis dari batas atas baru ini, penting untuk dicatat betapa menjanjikannya analisis terbaru untuk mendeteksi sinyal di masa depan. Karena latar depan adalah faktor pembatas untuk deteksi, pemodelan debu yang akurat sangat penting. Model debu terutama didasarkan pada pengamatan frekuensi tinggi oleh satelit Planck (tepatnya data 353 GHz). Debu menjadi kurang penting pada frekuensi yang lebih rendah, tetapi untuk rasio tensor-skalar kecil R, debu masih merupakan sinyal terkuat di langit. Jika debu lebih rumit daripada yang diasumsikan saat ini, pemodelannya akan membutuhkan lebih banyak frekuensi, atau lebih buruk lagi, mungkin debu terlalu rumit untuk dimodelkan sama sekali! Untuk pertama kalinya, pengamatan menempatkan batasan pada semua parameter model debu, dan analisis tim menunjukkan bahwa model tersebut secara akurat menangkap perilaku debu. Ini adalah berita yang menggembirakan, karena menunjukkan bahwa kita berada dalam kondisi yang baik untuk menghilangkan kontaminasi debu dan dilengkapi dengan baik untuk mendeteksi jika sinyalnya cukup besar.
Gambar 2: Skema ini menunjukkan batasan baru dari BICEP /Keck (merah) pada R, rasio tensor terhadap skalar, dan nS, ketergantungan skala fluktuasi kepadatan. Juga ditampilkan prediksi dari model inflasi tertentu: model monomial atau power-law (biru) dan model terinspirasi Starobinsky (hijau). Garis horizontal menggambarkan sensitivitas yang diharapkan dari eksperimen masa depan: Observatorium Simons (kuning) dan eksperimen CMB-S4 (biru muda).Skema ini menunjukkan batasan baru dari BICEP/Keck (merah) pada R, rasio tensor-skalar, dan nS, ketergantungan skala dari fluktuasi kepadatan. Juga ditampilkan prediksi dari model inflasi tertentu: model monomial atau power-law (bl… Menampilkan lebih banyak
Gambar 2: Skema ini menunjukkan batasan baru dari BICEP/Keck ( merah) pada R, rasio tensor terhadap skalar, dan nS, ketergantungan skala dari fluktuasi kepadatan. Juga ditampilkan prediksi dari model inflasi tertentu: model monomial atau power-law (biru) dan model terinspirasi Starobinsky (hijau). Garis horizontal menggambarkan sensitivitas yang diharapkan dari eksperimen masa depan: Observatorium Simons (kuning) dan eksperimen CMB-S4 (biru muda).
×
Upaya eksperimental untuk menghilangkan debu ini adalah: terbayar, karena batas baru pada rasio tensor terhadap skalar berdampak pada model inflasi. Model inflasi yang berbeda membuat prediksi yang berbeda untuk
R, karena rasio ini terkait dengan skala energi inflasi. Salah satu cara untuk membandingkan model dengan data adalah dalam
nS
vs r plot, di mana nS adalah ketergantungan skala dari fluktuasi kepadatan yang keluar dari zaman inflasi (Gbr. 2). Nilai yang
R mengambil dalam model inflasi tertentu sebagian tergantung pada jumlah ekspansi sebelum akhir inflasi, ditandai dengan nomor N dari e -lipatan (satu
e
-lipat sesuai dengan peregangan ruang dengan faktor
e≈2.71
). Untuk memecahkan teka-teki kosmologis yang dirancang untuk dipecahkan oleh inflasi,
N harus setidaknya 40, sedangkan nilai yang lebih besar dari 60 adalah tidak konsisten dengan pengukuran
nS. Untuk kelas besar model populer yang secara luas disebut sebagai model monomial atau power-law, rasio tensor-skalar relatif besar dan berskala sebagai 1N
[6]. Kita sekarang dapat dengan nyaman mulai mengesampingkan kelas model ini. Untuk kelas model inflasi lainnya, yang terinspirasi oleh karya Alexei Starobinsky di awal 1980-an [7], rasio tensor-skalar berskala 1∕N2
, menghasilkan nilai yang lebih kecil dari r
yang berada dalam batas baru dari BICEP/Keck. Model lain yang ada memiliki
R∝1∕
NT
dengan T>2; namun, model tersebut cenderung memprediksi nilai nS tidak sesuai dengan batas saat ini.
Jadi, beberapa model inflasi tetap dapat digunakan, tetapi sebagian besar model populer memprediksi
R>1
0−4 . Sementara batas BICEP/Keck baru masih lebih dari 2 kali lipat dari ambang batas ini, peningkatan pesat selama beberapa tahun terakhir, dikombinasikan dengan pemahaman latar depan yang jauh lebih baik, menunjukkan bahwa kita harus segera dapat mencapai ini secara teoritis dengan baik. ambang termotivasi. Dengan demikian masa depan terlihat cerah. Selain upaya lanjutan oleh BICEP/Keck dalam kerjasama erat dengan Teleskop Kutub Selatan (SPT), Observatorium Simons (SO) di Chili, dan kemudian, percobaan CMB-S4 (usaha bersama oleh kelompok SO dan SPT/BICEP) akan menjamin bahwa kita akan mencapai sen eksperimental sensitivitas diperlukan untuk mengukur R serendah 10
−4
mungkin sebelum akhir dekade ini. Selain eksperimen berbasis darat ini, misi satelit yang dipimpin Jepang, yang disebut LiteBIRD, akan diluncurkan pada 2028. Satelit dapat mengamati skala terbesar di Alam Semesta kita, memungkinkan mereka untuk menyelidiki zaman yang sedikit lebih lambat daripada yang mungkin dilakukan dengan observatorium darat. Jika deteksi dilakukan, kombinasi eksperimen darat dan luar angkasa akan menjadi sangat penting untuk konfirmasi. Namun, jika pengukuran di masa depan terus tidak menemukan sinyal gelombang gravitasi, kemungkinan akan menyiratkan bahwa kita harus secara serius mempertimbangkan kembali model inflasi kita atau mungkin mengabaikan inflasi sama sekali
, yang akan menjadi perubahan paradigma yang signifikan. .
Referensi
Parade et al.
(Kolaborasi BICEP/Keck), “Peningkatan kendala pada gelombang gravitasi primordial menggunakan pengamatan Planck, WMAP, dan BICEP/Keck sepanjang musim pengamatan 2018,” Phys. Pdt. Lett. 127, 151301 (2021).
M. Kamionkowski et al.
, “A Probe Gelombang Gravitasi Primordial dan Vortisitas,” Phys. Pdt. Lett.78, 2058 (1997).
P. AR Ade et al. (Keck Kolaborasi Array dan BICEP2), “Peningkatan batasan pada kosmologi dan latar depan dari data latar belakang gelombang mikro kosmik BICEP2 dan Keck Array dengan penyertaan pita 95 GHz,” Fisik. Pdt. Lett.116, 031302 (2016).
P. AR Ade et al. (Keck Kolaborasi Array dan BICEP2), “Kendala pada gelombang gravitasi primordial menggunakan Planck , WMAP, dan pengamatan BICEP2/Keck baru sepanjang musim 2015,”
Fisik. Pdt. Lett.
121
, 221301 (2018).
V. Mukhanov, “Gangguan kosmologis kuantum: prediksi dan pengamatan,”
Eur . fisik. J.C 73, 2486 (2013).AA Starobinsky, “Sebuah model kosmologis isotropik tipe baru tanpa singularitas,” Phys. Lett. B91
, 99 (1980).
J. Khoury et al.
, “Ekpyrotic alam semesta: Bertabrakan bran dan asal mula big bang panas, ” Fisik. Pdt. D64, 123522 (2001).
Tentang penulis
Daniel Meerburg memperoleh gelar Ph.D. dari University of Amsterdam pada 2011. Setelah beberapa tahun studi postdoc di Princeton University, University of Toronto, dan University of Cambridge, Inggris, ia memulai pekerjaan fakultas di University of Groningen, Belanda, pada 2019. Ia adalah bagian dari tim Planck dan saat ini memiliki peran utama dalam eksperimen CMB berbasis darat generasi berikutnya, termasuk Observatorium Simons dan CCATp. Dia juga terlibat dalam REACH, eksperimen global 21 cm. Penelitiannya berfokus pada interaksi antara kosmologi teoretis dan observasional, dengan penekanan kuat pada latar belakang gelombang mikro kosmik.
Area subjek
Artikel Terkait
Gravitasi
Hukum Area Lubang Hitam Diuji
1 Juli , 2021Oleh membandingkan ukuran lubang hitam sebelum dan sesudah penggabungan, para peneliti telah menguji teorema Hawking pada area lubang hitam. Baca selengkapnya “
Apple iPhone 14 mungkin yang pertama dikirim tanpa… Singkatnya: iPhone pertama tanpa slot kartu SIM fisik awalnya diharapkan menjadi model iPhone 15 Pro yang diperkirakan akan diluncurkan pada akhir 2023 tetapi yang terbaru dari rumor mill menyarankan perubahan…
Jelajah Pesona Gunung Prau: Nikmati Keindahan Alam… Pendakian Gunung Prau Open Trip: Pengalaman Tak Terlupakan di Puncak Jawa Tengah Gunung Prau merupakan salah satu gunung favorit para pendaki di Jawa Tengah. Gunung ini menawarkan pemandangan alam yang…
Kita Semua dalam Bisnis Hubungan Pendapat yang dikemukakan oleh Entrepreneur kontributor adalah milik mereka sendiri. Ini adalah klise untuk berbicara tentang pentingnya hubungan dalam bisnis. Kita semua tahu bahwa untuk berhasil, kita membutuhkan orang-orang terbaik…
Piala Dunia dengan TV ini Di antara banyak hal lainnya, beberapa tahun terakhir telah membuktikan bahwa hanya ada Loxx Boxx –. Ini adalah pemikiran oxymoronic yang aneh, tetapi mengingat pecahnya perang di Eropa dan kematian…
Entri Samsung Galaxy S22 Ultra mungkin datang dengan… Berlatih untuk menjadi S berikutnya pada Februari , kebocoran baru menunjukkan bahwa perusahaan mungkin memiliki perubahan harga yang direncanakan untuk jajaran ponsel kelas atas. Per tweet yang ditemukan oleh Android…
Penyelidikan bulan NASA menangkap gambar hantu… Lunar Reconnaissance Orbiter NASA menangkap potret Jupiter yang jauh ini pada Agustus 2021. NASA/GSFC/Universitas Negeri Arizona Sepertinya kelereng duduk di atas beludru. Lunar Reconnaissance Orbiter NASA, yang telah tinggal di…
Varian covid baru Afrika Selatan membawa kembali… Hari ini (26 November), Inggris menambahkan enam negara Afrika ke "daftar merah" untuk perjalanan: Afrika Selatan, Botswana, Eswatini, Lesotho, Namibia, dan Zimbabwe. Varian baru covid-19, yang tampaknya berasal dari wilayah…
Bagaimana membuat AI lebih ramah lingkungan dan… Wirth Research, sebuah perusahaan teknik yang mengkhususkan diri dalam dinamika fluida komputasi, menjadi semakin peduli dengan kelestarian lingkungan. Awalnya berfokus pada desain mobil balap, memungkinkan klien untuk mengganti angin yang…
Mendaki Gunung Prau via Ngelak, Memori Tak… Pendakian Gunung Prau via Ngelak: Pesona Alam yang Menakjubkan Gunung Prau adalah salah satu gunung yang paling populer di Jawa Tengah. Gunung ini menawarkan pemandangan alam yang indah dan jalur…
Vaksin saat ini cukup untuk melawan omicron, tetapi… Itu akan datang — Dengan hanya 17% dari AS yang didorong, gelombang omicron besar-besaran bisa memuncak pada Januari. Beth Mole - 15 Des 2021 11:29 malam UTC Memperbesar / Dr.…
Rekaman gubuk laut ini adalah representasi aural… Apa yang Harus Kita Lakukan Dengan Pelaut Mabuk? — Dirilis bertepatan dengan COP26, dimaksudkan untuk menggambarkan dampak perubahan iklim. Jennifer Ouellette - 4 Nov 2021 10:43 pm UTCPara ilmuwan telah…
Google Doodle hari Sabtu Merayakan Fisikawan Stephen Hawking Google Doodle hari ini menampilkan versi animasi pendek dari kisah hidup Stephen Hawking. Google Google Doodle hari ini menghormati mendiang fisikawan Stephen Hawking pada ulang tahunnya yang ke-80 . Hawking…
Universitas Hong Kong Menghapus Seni Tiananmen Kami mendeteksi aktivitas yang tidak biasa dari jaringan komputer Anda Untuk melanjutkan, silakan klik kotak di bawah untuk memberi tahu kami bahwa Anda bukan robot. Baca selengkapnya
Hebatnya, NASA telah menyelesaikan penyebaran… Webb yang luar biasa, luar biasa — "Ini adalah pencapaian yang luar biasa." Eric Berger - 8 Januari 2022 19:10 UTC Model skala Teleskop Luar Angkasa James Webb. Bagi sebagian…
Menembus Dingin Malam Gunung Prau, Sensasi yang Tak… Dinginnya Malam yang Menyegarkan di Gunung Prau Gunung Prau, salah satu gunung favorit para pendaki, tak hanya menawarkan pemandangan yang menakjubkan di siang hari. Malam hari di gunung ini juga…
Tunjukkan HN: Saya membuat simulator sirkuit digital… Reso adalah bahasa dan simulator desain sirkuit tingkat rendah, terinspirasi oleh hal-hal seperti Redstone, Conway's Game of Life, dan Wireworld. Apa itu Reso?Reso adalah bahasa pemrograman grafis rangkaian logika digital!…
Apa yang Mendorong Meningkatnya Biaya Segala Sesuatu di AS? Inflasi telah melonjak dalam beberapa bulan terakhir. Pada tahun 2021, Indeks Harga Konsumen AS naik menjadi 6,8%, tingkat tercepat sejak 1982.Tingkat inflasi yang tinggi berarti bahwa kecuali pendapatan meningkat pada…
Boffin mengungkap kecerdasan buatan yang berpikir… Beranda Berita Komputasi (Kredit gambar: Shutterstock / r.classen) Para peneliti di Fujitsu dan MIT Center for Brains, Minds and Machines (CBMM) telah mencapai “tonggak utama” dalam pencarian untuk meningkatkan akurasi…
Bagaimana roket Starship SpaceX yang besar dapat… Jika semuanya berjalan sesuai rencana, bulan depan SpaceX akan meluncurkan roket terbesar dalam sejarah manusia. Menjulang setinggi hampir 400 kaki, roket - Starship - dirancang untuk membawa astronot NASA ke…
Reformasi Bank Dunia dan MDB untuk Mengatasi… Para pemimpin lembaga think tank independen mengeluarkan seruan untuk bertindak untuk reformasi MDB Juli lalu, Center for Global Development mengadakan pertemuan dengan think tank lain untuk bertukar pandangan tentang sistem…
Meja konsep Razer radikal ini langsung keluar dari… Razer Razer suka merayu penggemar PC dengan produk yang dibuat-buat, seolah-olah mereka melompat langsung dari alam semesta Matrix—saksikan Proyek tiga layar Laptop Valerie, desktop Project Christine modular radikal, dan proyektor…
Hubble menangkap gambar Nebula Udang pembentuk… Saat Anda melihat ke bintang-bintang, Anda mungkin berharap untuk melihat sebuah planet, bintang, atau bahkan Stasiun Luar Angkasa Internasional, tetapi gambar Hubble minggu ini menunjukkan sesuatu yang agak tidak terduga:…
Cara Mempelajari Apa Saja dalam 4 Langkah dengan… Pendapat yang dikemukakan oleh kontributor Entrepreneur adalah milik mereka sendiri. Anda sedang membaca Entrepreneur United States, sebuah waralaba internasional dari Entrepreneur Media. Dinamakan setelah fisikawan pemenang Hadiah Nobel Richard Feynman,…
Hubble menangkap pemandangan epik dari tiga galaksi… Gambar minggu ini dari Teleskop Luar Angkasa Hubble menunjukkan tidak kurang dari tiga galaksi yang sedang dalam proses penggabungan menjadi satu, yang disebut IC 2431. Terletak 681 juta tahun cahaya…
Apa pengaruh obat psikedelik pada otak kita? AI… Obat psikedelik telah lama disebut-sebut sebagai pengobatan yang mungkin untuk gangguan kesehatan mental seperti depresi dan PTSD. Tetapi sangat sedikit yang benar-benar diketahui tentang apa yang sebenarnya dilakukan zat-zat ini…
Mendaki Gunung Prau via Ngelak, Memori Tak… Pendakian Gunung Prau via Ngelak: Pesona Alam yang Menakjubkan Gunung Prau adalah salah satu gunung yang paling populer di Jawa Tengah. Gunung ini menawarkan pemandangan alam yang indah dan jalur…
Eksplorasi Pesona Gunung Andong via Sawit:… Gunung Andong memang terkenal dengan keindahannya. Tak heran jika banyak wisatawan yang ingin mendakinya. Salah satu jalur pendakian yang cukup populer adalah melalui jalur Sawit. Namun, tahukah Anda berapa lama…
Satu Baterai Gemini Hampir Menggandakan Rentang… Berkali-kali, keluhan nomor satu yang kami dengar tentang EV (selain mandat yang tidak ada) adalah driving range. Bagi beberapa orang, bahkan Tesla Model S tidak memiliki jangkauan yang cukup, meskipun…
Siswa Kelas 8 Hari Ini Tidak Harus Mengikuti SAT… Kami mendeteksi aktivitas yang tidak biasa dari jaringan komputer Anda Untuk melanjutkan, silakan klik kotak di bawah untuk memberi tahu kami bahwa Anda bukan robot. Baca selengkapnya
Foto Ijazah: Kenang Bahagia, Abadikan Momen Cara Mendapatkan Foto Ijazah yang Sempurna: Panduan Langkah-demi-Langkah Foto ijazah adalah salah satu dokumen penting yang harus dimiliki oleh setiap lulusan sekolah atau universitas. Foto ini digunakan untuk berbagai keperluan,…