Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
BICEP
PIA17993-DetectorsForInfantUniverseStudies-20140317.jpg
Детекторная матрица BICEP2 под микроскопом
Альтернативные названияФоновое изображение космической внегалактической поляризации Отредактируйте это в Викиданных
ЧастьЮжнополярная станция Амундсен – Скотт Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Район Договора об Антарктике
Координаты89 ° 59'59 ″ ю.ш.0 ° 00'00 ″ в.д. / 89.999722 ° ю.ш.0 ° в. / -89.999722; 0 Координаты: 89 ° 59'59 ″ ю.ш.0 ° 00'00 ″ в.д.  / 89.999722 ° ю.ш.0 ° в. / -89.999722; 0 Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны95, 150, 220 ГГц (3,2, 2,0, 1,4 мм)
Стиль телескопакосмический микроволновый фон эксперимент
радиотелескоп Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр0,25 м (9,8 дюйма) Отредактируйте это в Викиданных
Веб-сайтwww .cfa .harvard .edu / CMB / keckarray / Отредактируйте это в Викиданных
BICEP и Keck Array расположены в Антарктиде.
BICEP и массив Кека
Расположение BICEP и Keck Array
Страница общих ресурсов Связанные СМИ на Викискладе?
[ редактировать в Викиданных ]

BICEP ( Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization ) и Keck Array представляют собой серию экспериментов с космическим микроволновым фоном (CMB) . Они стремятся измерить поляризацию реликтового излучения; в частности, измерение B- моды реликтового излучения. В экспериментах использовалось пять поколений приборов, состоящих из BICEP1 (или просто BICEP ), BICEP2 , Keck Array , BICEP3 и BICEP Array.. Keck Array начал наблюдения в 2012 году, а BICEP3 полностью введен в эксплуатацию с мая 2016 года, а установка BICEP Array началась в 2017/18 году.

Цель и сотрудничество [ править ]

Гравитационные волны могут возникать в результате инфляции , расширения , которое быстрее скорости света после Большого взрыва . [1] [2] [3] [4]

Целью эксперимента BICEP является измерение поляризации космического микроволнового фона. [5] В частности, он направлен на измерение B- мод ( компонент ротора ) поляризации реликтового излучения. [6] BICEP работает из Антарктиды на Южнополярной станции Амундсен – Скотт . [5] Все три инструмента нанесли на карту одну и ту же часть неба вокруг Южного полюса мира . [5] [7]

Учреждениями, участвующими в разработке различных приборов, являются Калифорнийский технологический институт , Кардиффский университет , Чикагский университет , Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики , Лаборатория реактивного движения , CEA Гренобля (Франция) , Университет Миннесоты и Стэнфордский университет (все эксперименты); Калифорнийский университет в Сан-Диего (BICEP1 и 2); Национальный институт стандартов и технологий (NIST), Университет Британской Колумбии и Университет Торонто (BICEP2, Keck Array и BICEP3); и Кейс Вестерн Резервный университет (Кек Массив). [6][8] [9] [10] [11]

Серия экспериментов началась в Калифорнийском технологическом институте в 2002 году. В сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения физики Эндрю Ланге , Джейми Бок, Брайан Китинг и Уильям Хольцапфель начали строительство телескопа BICEP1, который был развернут на юге Амундсена-Скотта. Полярная станция в 2005 г. для трехсезонного наблюдательного цикла. [12]Сразу после развертывания BICEP1 группа, которая теперь включала докторантов Калифорнийского технологического института, Джона Ковака и Чао-Линь Куо, среди прочих, начала работу над BICEP2. Телескоп остался прежним, но новые детекторы были вставлены в BICEP2 с использованием совершенно другой технологии: печатная плата в фокальной плоскости, которая могла фильтровать, обрабатывать, отображать и измерять излучение космического микроволнового фона. BICEP2 был развернут на Южном полюсе в 2009 году, чтобы начать трехсезонный цикл наблюдений, в результате которого была обнаружена поляризация B-моды в космическом микроволновом фоне.

BICEP1 [ править ]

Первый инструмент BICEP (известный во время разработки как «телескоп на гравитационных волнах Робинсона») наблюдал небо на частотах 100 и 150 ГГц (длина волны 3 мм и 2 мм) с угловым разрешением 1,0 и 0,7 градуса . Он имел массив из 98 детекторов (50 на 100 ГГц и 48 на 150 ГГц), которые были чувствительны к поляризации реликтового излучения. [5] Пара детекторов составляет один чувствительный к поляризации пиксель. Этот прибор, являющийся прототипом будущих приборов, был впервые описан в Keating et al. 2003 [13] и началось наблюдение в январе 2006 года [6] и продолжалось до конца 2008 года. [5]

BICEP2 [ править ]

Кек Массив в обсерватории Мартина А. Померанца

Прибором второго поколения был BICEP2. [14] Этот телескоп с апертурой 26 см заменил инструмент BICEP1 и наблюдал с 2010 по 2012 год, благодаря значительно усовершенствованной матрице болометров на переходной кромке фокальной плоскости (TES), состоящей из 512 датчиков (256 пикселей), работающих на частоте 150 ГГц. [15] [16]

В сообщениях, опубликованных в марте 2014 года, говорилось, что BICEP2 обнаружил B- моды гравитационных волн в ранней Вселенной (так называемые первичные гравитационные волны ), результат, о котором сообщили четыре соучредителя BICEP2: Джон М. Ковач из Гарвард-Смитсоновского центра. Астрофизика; Чао-Линь Куо из Стэнфордского университета ; Джейми Бок из Калифорнийского технологического института ; и Клем Прайк из Университета Миннесоты .

Объявление было сделано 17 марта 2014 г. из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики . [1] [2] [3] [4] [17] Сообщалось об обнаружении B-режимов на уровне r =0,20+0,07
-0,05, не одобряя нулевую гипотезу ( r = 0 ) на уровне 7 сигм (5,9 σ после вычитания переднего плана). [15] Однако 19 июня 2014 г. было сообщено о пониженной уверенности в подтверждении результатов космической инфляции ; [18] [19] принятая и пересмотренная версия статьи об открытии содержит приложение, в котором обсуждается возможное производство сигнала космической пылью . [15] Отчасти потому, что большое значение отношения тензора к скаляру, что противоречит ограничениям данных Planck , [20]это считается наиболее вероятным объяснением обнаруженного сигнала многими учеными. Например, 5 июня 2014 года на конференции Американского астрономического общества астроном Дэвид Спергель утверждал, что поляризация B-моды, обнаруженная BICEP2, может быть результатом света, испускаемого пылью между звездами в нашей галактике Млечный Путь . [21]

Препринт освобожден Планка команды в сентябре 2014 года, в конце концов , принял в 2016 году, при условии , что наиболее точные измерения еще пыли, заключая , что сигнал от пыли та же сила , как сообщили из BICEP2. [22] [23] 30 января 2015 года был опубликован совместный анализ данных BICEP2 и Planck, и Европейское космическое агентство объявило, что сигнал полностью связан с пылью в Млечном Пути. [24]

BICEP2 объединил свои данные с Keck Array и Planck в совместном анализе. [25] Публикация в журнале Physical Review Letters в марте 2015 г. установила ограничение на отношение тензора к скаляру r <0,12 .

Дело BICEP2 составляет предмет книги Брайана Китинга. [26]

Кек Массив [ править ]

Основные свойства инструментов BICEP
ИнструментНачинатьКонецЧастотаразрешениеДатчики (пиксели)Ссылки
BICEP2006 г.2008 г.100 ГГц0,93 °50 (25)[5] [6]
150 ГГц0,60 °48 (24)[5]
BICEP22010 г.2012 г.150 ГГц0,52 °500 (250)[15]
Кек Массив2011 г.2011 г.150 ГГц0,52 °1488 (744)[7] [27]
2012 г.2012 г.2480 (1240)
20132018 г.1488 (744)[27]
95 ГГц0,7 °992 (496)
BICEP32015 г.-95 ГГц0,35 °2560 (1280)[28]

Непосредственно рядом с телескопом BICEP в здании обсерватории Мартина А. Померанца на Южном полюсе находилась неиспользуемая опора телескопа, ранее занятая интерферометром угловой шкалы . [29] Система Keck Array была построена с учетом преимуществ этой более крупной монтировки телескопа. Этот проект был профинансирован за счет 2,3 миллиона долларов из фонда WM Keck Foundation , а также из средств Национального научного фонда , Фонда Гордона и Бетти Мур, Фонда Джеймса и Нелли Килрой и Фонда Барзана. [6] Первоначально проект Keck Array возглавлял Эндрю Ланге . [6]

Keck Array состоит из пяти поляриметров , каждый из которых очень похож на конструкцию BICEP2, но использует холодильник с импульсной трубкой, а не большой дьюар для криогенного хранения жидкого гелия .

Первые три приступили к наблюдениям южным летом 2010–2011 годов; еще два начали наблюдения в 2012 году. Все приемники наблюдали на частоте 150 ГГц до 2013 года, когда два из них были преобразованы для наблюдения на частоте 100 ГГц. [27] Каждый поляриметр состоит из преломляющего телескопа (для минимизации систематики), охлаждаемого охладителем с импульсной трубкой до 4 К, и матрицы в фокальной плоскости из 512 датчиков края перехода, охлаждаемых до 250 мК, что дает в общей сложности 2560 детекторов или 1280 детекторов. пиксели с двойной поляризацией. [7]

В октябре 2018 года были объявлены первые результаты массива Кека (в сочетании с данными BICEP2) с использованием наблюдений до сезона 2015 года включительно. Это привело к верхнему пределу космологических B-мод (95% доверительный уровень), который в сочетании с данными Planck сокращается до . [30]

BICEP3 [ править ]

После того, как массив Keck был завершен в 2012 году, дальнейшая эксплуатация BICEP2 перестала быть рентабельной. Однако, используя ту же технику, что и массив Кека, для устранения большого жидкого гелия Дьюара , на оригинальной монтировке телескопа BICEP был установлен гораздо больший телескоп.

BICEP3 состоит из одного телескопа с теми же 2560 детекторами (наблюдающих на частоте 95 ГГц), что и массив Кека из пяти телескопов, но с апертурой 68 см [31], обеспечивающей примерно вдвое большую оптическую пропускную способность, чем у всей группы Кека. Одним из следствий большой фокальной плоскости является увеличенное поле зрения 28 ° [32], что обязательно будет означать сканирование некоторых загрязненных передним планом участков неба. Он был установлен (с первоначальной конфигурацией) на опоре в январе 2015 года. [28] [33] Он был модернизирован к летнему сезону 2015-2016 гг. В Австралии до полной конфигурации детектора 2560. BICEP3 также является прототипом массива BICEP. [34]

BICEP Array [ править ]

На смену массиву Keck приходит массив BICEP, который состоит из четырех телескопов типа BICEP3 на общей монтировке, работающих на частотах 30/40, 95, 150 и 220/270 ГГц. [35] Установка началась в период между сезонами наблюдений 2017–2018 гг. Его планируется полностью установить к сезону наблюдений 2020 года. [36] [37]

Согласно веб-сайту проекта: «BICEP Array будет измерять поляризованное небо в пяти частотных диапазонах, чтобы достичь максимальной чувствительности к амплитуде IGW [инфляционных гравитационных волн] σ (r) <0,005» и «Это измерение будет окончательным тестом. медленных моделей инфляции, которые обычно предсказывают сигнал гравитационной волны выше примерно 0,01 ". [36]

См. Также [ править ]

  • Космология
  • Инфляция (космология)
  • LiteBIRD , космический проект поляризационного поиска в B-моде CMB
  • ПОЛЯРНЫЙ МЕДВЕДЬ

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Персонал (17 марта 2014 г.). «Публикация результатов BICEP2 2014» . Национальный научный фонд . Проверено 18 марта 2014 года .
  2. ^ a b Clavin, W. (17 марта 2014 г.). «Технологии НАСА рассматривают рождение Вселенной» . НАСА . Проверено 17 марта 2014 года .
  3. ^ a b Овербай, Д. (17 марта 2014 г.). «Обнаружение волн в космических опорах, ориентир теории Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 марта 2014 года .
  4. ^ a b Овербай, Д. (24 марта 2014 г.). «Рябь от Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 24 марта 2014 года .
  5. ^ a b c d e f g "BICEP: Телескоп Робинсона на фоне гравитационных волн" . Калтех . Архивировано из оригинала на 2014-03-18 . Проверено 13 марта 2014 .
  6. ^ a b c d e f "Дар Фонда Кека, чтобы позволить ученым Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения исследовать насильственное происхождение Вселенной" . Калтех . Архивировано из оригинала на 2012-03-02.
  7. ^ a b c "Инструмент - Южный полюс массива Кека" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  8. ^ "Сотрудничество BICEP1" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  9. ^ "Сотрудничество - Южный полюс BICEP2" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  10. ^ "Сотрудничество - Южный полюс массива Кек" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  11. ^ «Сотрудничество BICEP3» . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  12. ^ "Аннотация премии NSF № 0230438" . Национальный научный фонд . Проверено 26 марта 2014 .
  13. ^ Китинг, Брайан; и другие. (2003). Файнески, Сильвано (ред.). «BICEP: поляриметр CMB с большим угловым масштабом» (PDF) . Поляриметрия в астрономии . 4843 : 284–295. Bibcode : 2003SPIE.4843..284K . DOI : 10.1117 / 12.459274 .
  14. ^ Ogburn, RW; и другие. (2010). Холланд, Уэйн С; Змуидзинас, Йонас (ред.). "Эксперимент по поляризации CMB BICEP2". Труды SPIE . Детекторы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона и приборы для астрономии. V. 7741 : 77411G. Bibcode : 2010SPIE.7741E..1GO . DOI : 10.1117 / 12.857864 .
  15. ^ a b c d Питер А. Р. Адэ; Р.В. Айкин; Денис Баркац; и другие. (19 июня 2014 г.). «Обнаружение поляризации B-моды на градусных угловых шкалах с помощью BICEP2». Письма с физическим обзором . 112 (24): 241101. arXiv : 1403.3985 . DOI : 10.1103 / PHYSREVLETT.112.241101 . ISSN 0031-9007 . PMID 24996078 . Викиданные Q27012172 .   
  16. ^ Ade, PAR; и другие. (2014). «BICEP2. II. Эксперимент и трехлетний набор данных». Астрофизический журнал . 792 (1): 62. arXiv : 1403.4302 . Bibcode : 2014ApJ ... 792 ... 62В . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 792/1/62 .
  17. ^ "Гравитационные волны: слышали ли американские ученые отголоски большого взрыва?" . Хранитель . 2014-03-14 . Проверено 14 марта 2014 .
  18. ^ Overbye, D. (19 июня 2014). «Астрономы хеджируют заявление об обнаружении Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 20 июня 2014 .
  19. Перейти ↑ Amos, J. (19 июня 2014 г.). «Космическая инфляция: уверенность в сигнале Большого взрыва снижена» . BBC News . Проверено 20 июня 2014 .
  20. ^ Planck Collaboration (2014). «Итоги Planck 2013. XVI. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика . 571 : 16. arXiv : 1303.5076 . Бибкод : 2014A & A ... 571A..16P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201321591 .
  21. ^ Урри, М. (5 июня 2014). "Что стоит за спором о Большом взрыве?" . CNN . Проверено 6 июня 2014 .
  22. ^ Planck Collaboration (2016). «Промежуточные результаты Planck. XXX. Угловой спектр мощности излучения поляризованной пыли на средних и высоких галактических широтах». Астрономия и астрофизика . 586 (133): А133. arXiv : 1409,5738 . Bibcode : 2016A & A ... 586A.133P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201425034 .
  23. ^ Overbye, D. (22 сентября 2014). «Исследование подтверждает критику открытия Большого взрыва» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 22 сентября 2014 .
  24. ↑ Коуэн, Рон (30 января 2015 г.). «Открытие гравитационных волн теперь официально мертво». Природа . DOI : 10.1038 / nature.2015.16830 .
  25. ^ BICEP2 / Кек массива и Planck Collaborations (2015). «Совместный анализ данных BICEP2 / Keck Array и Planck». Письма с физическим обзором . 114 (10): 101301. arXiv : 1502.00612 . Bibcode : 2015PhRvL.114j1301B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.114.101301 . PMID 25815919 . 
  26. ↑ Китинг, Брайан (24 апреля 2018 г.). Потеря Нобелевской премии: история космологии, амбиций и опасностей высшей чести науки . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WW Norton. ISBN 978-1-324-00091-4.
  27. ^ a b c "Южный полюс массива Кек" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  28. ^ a b "BICEP3" . Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики . Проверено 14 марта 2014 .
  29. ^ "МАПО День открытых дверей" . kateinantarctica.wordpress.com. 2014-12-14 . Проверено 22 марта 2018 .
  30. ↑ Keck Array, BICEP2 Collaborations (11 октября 2018 г.). «BICEP2 / Keck Array x: Ограничения на первичные гравитационные волны с использованием Planck, WMAP и новых наблюдений BICEP2 / Keck в течение сезона 2015 г.». Phys. Rev. Lett . 121 (22): 221301. arXiv : 1810.05216 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.121.221301 . PMID 30547645 . 
  31. ^ Обновления от BICEP / Keck Array Collaboration Zeeshan Ahmed KIPAC, Стэнфордский университет, 8 июня 2015 г.
  32. ^ Ахмед, З .; Amiri, M .; и другие. (2014). «BICEP3: телескоп-рефрактор 95 ГГц для поляризации реликтового излучения на градусной шкале». Труды SPIE . Детекторы миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего инфракрасного диапазона и приборы для астрономии VII. 9153 : 91531N. arXiv : 1407,5928 . Bibcode : 2014SPIE.9153E..1NA . DOI : 10.1117 / 12.2057224 .
  33. Перейти ↑ Briggs, D. (10 марта 2015 г.). «BICEP: От Южного полюса до начала времен» . BBC News .
  34. ^ "BICEP3 - Наблюдательная космология Калифорнийского технологического института" .
  35. ^ Скиллачи, Алессандро; и другие. (17 февраля 2020 г.). "Конструкция и характеристики первого приемника массива BICEP" (PDF) . Журнал физики низких температур . 199 (3–4): 976–984. arXiv : 2002.05228 . Bibcode : 2020JLTP..199..976S . DOI : 10.1007 / s10909-020-02394-6 .
  36. ^ a b "Массив BICEP - Наблюдательная космология Калифорнийского технологического института" . cosmology.caltech.edu .
  37. ^ Рини, Матео (30 октября 2020). «Сезон охоты за первозданными гравитационными волнами» . APS Physics . 13 : 164. DOI : 10,1103 / Physics.13.164 . Дата обращения 10 ноября 2020 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Зимовка BICEP2 (2009–2012) Штеффен Рихтер (9 зим на Южном полюсе).
  • Зимовка Кека (2010-настоящее время) Роберт Шварц (12 зим на Южном полюсе).