Kamera Teleskop Kutub Selatan mendapat upgrade pada tahun 2017. Analisis data observasi awal baru saja dipublikasikan di jurnal Physical Review D. Kredit: Brad Benson/University of Chicago.
Peta pelensaan gravitasi dari data awal menjanjikan lebih banyak detail.
Argonne adalah bagian dari upaya multi-lembaga untuk mensurvei langit untuk mendapatkan petunjuk tentang asal usul dan sifat alam semesta kita.
Selama lebih dari lima tahun, para ilmuwan di Teleskop Kutub Selatan di Antartika telah mengamati langit dengan kamera yang lebih canggih. Pemandangan kosmos yang luas ini menangkap sisa-sisa cahaya dari awal pembentukan alam semesta. Kini para peneliti telah menganalisis kumpulan data awal dan mempublikasikan rinciannya di jurnal Tinjauan Fisik D. Hasil dari kumpulan data yang terbatas ini memberikan petunjuk untuk wawasan masa depan yang lebih kuat mengenai sifat alam semesta kita.
Terobosan dalam Analisis Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik
Terletak di Stasiun Kutub Selatan Amundsen-Scott National Science Foundation, teleskop ini menerima kamera baru pada tahun 2017 yang dikenal sebagai SPT-3G, yang dibuat dan sekarang dioperasikan oleh kolaborasi yang dipimpin oleh Universitas Chicago.
Dilengkapi dengan 16.000 detektor – 10 kali lebih banyak dari pendahulunya – SPT-3G adalah pusat penelitian multi-institusi yang sebagian dipimpin oleh Argonne National Laboratory. Tujuannya adalah untuk mengukur cahaya redup yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik. Latar belakang gelombang mikro kosmik adalah sisa-sisa cahaya Dentuman Besarketika alam semesta meledak dari satu titik energi hampir 14 miliar tahun yang lalu.
Latar belakang gelombang mikro kosmik – cahaya tertua di alam semesta – telah menempuh jarak yang sangat jauh sebelum mencapai kita. Selama perjalanan panjangnya, gaya gravitasi struktur kosmik raksasa tersebut menyebabkan lintasannya membelok sebelum ditangkap oleh Teleskop Kutub Selatan. Kredit: Laboratorium Nasional Zhaodi Pan/Argonne
“CMB adalah peta harta karun bagi para kosmolog,” kata Zhaodi Pan, penulis utama makalah tersebut dan rekan Maria Goeppert Mayer di Argonne. ”Variasi suhu dan polarisasi yang sangat kecil memberikan gambaran unik tentang masa-masa awal alam semesta.
Lensa Gravitasi dan Wawasan Materi Gelap
Kertas masuk Tinjauan Fisik D menawarkan pengukuran lensa gravitasi CMB pertama dari SPT-3G. Pelensaan gravitasi terjadi ketika jaringan materi yang luas di alam semesta mendistorsi CMB saat ia bergerak melintasi ruang angkasa. Jika Anda meletakkan bagian bawah gelas anggur yang melengkung di atas halaman buku, gelas tersebut akan mengaburkan pandangan Anda terhadap kata-kata di baliknya. Demikian pula, materi dalam garis pandang teleskop membentuk lensa yang membelokkan cahaya CMB dan pandangan kita terhadapnya. Albert Einstein menggambarkan kelengkungan struktur ruang-waktu ini dalam teori relativitas umumnya.
“CMB adalah peta harta karun bagi para kosmolog. Variasi suhu dan polarisasi yang sangat kecil memberikan gambaran unik tentang masa-masa awal alam semesta.” — Zhaodi Pan, mitra Maria Goeppert Mayer di Argonne
Pengukuran distorsi tersebut memberikan petunjuk tentang alam semesta awal dan misteri seperti materi gelap, komponen kosmos yang tidak terlihat. ”Materi gelap sulit dideteksi karena tidak berinteraksi dengan cahaya atau bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. “Saat ini kita hanya bisa mengamatinya melalui interaksi gravitasi,” kata Pan.
Para ilmuwan telah mempelajari CMB sejak penemuannya pada tahun 1960an, mengamatinya melalui teleskop baik di darat maupun di luar angkasa. Meskipun analisis terbaru hanya menggunakan data SPT-3G beberapa bulan dari tahun 2018, pengukuran pelensaan gravitasi sudah kompetitif di lapangan.
“Salah satu bagian yang sangat menarik dari penelitian ini adalah bahwa hasilnya berasal dari data yang pada dasarnya kami mulai observasi dengan SPT-3G – dan hasilnya sudah luar biasa,” kata Amy Bender, fisikawan di Argonne dan salah satu penulis makalah tersebut. . “ Kami memiliki data lima tahun lagi yang sedang kami analisis, jadi ini hanyalah petunjuk tentang apa yang akan terjadi.”
Arah Penelitian Masa Depan yang Menjanjikan
Suasana kering, stabil, dan lokasi Teleskop Kutub Selatan yang terpencil menciptakan gangguan sesedikit mungkin saat berburu pola CMB. Namun, data dari kamera SPT-3G yang sangat sensitif mengandung kontaminasi dari atmosfer, serta dari sumber galaksi dan ekstragalaksi kita. Menganalisis data dari SPT-3G bahkan untuk jangka waktu beberapa bulan adalah pekerjaan yang memakan waktu bertahun-tahun, karena peneliti perlu memvalidasi data, menyaring kebisingan, dan menafsirkan pengukuran. Tim menggunakan cluster khusus, sekelompok komputer, di Argonne Laboratory Computing Resource Center untuk menjalankan beberapa perhitungan penelitian.
“Kami menemukan bahwa pola pelensaan yang diamati dalam penelitian ini dapat dijelaskan dengan baik melalui relativitas umum,” kata Pan. “Hal ini menunjukkan bahwa pemahaman kita saat ini tentang gravitasi juga berlaku pada skala besar ini. Hasilnya juga memperkuat pemahaman kita tentang bagaimana struktur materi terbentuk di alam semesta kita.”
Peta pelensaan SPT-3G yang berisi data tambahan selama beberapa tahun juga akan membantu menyelidiki inflasi kosmik, atau gagasan bahwa alam semesta awal mengalami ekspansi eksponensial yang cepat. Inflasi kosmik adalah “landasan lain dari kosmologi,” kata Pan, dan para ilmuwan sedang mencari tanda-tanda awal inflasi. gelombang gravitasi dan bukti langsung lainnya dari teori ini. Kehadiran pelensaan gravitasi menimbulkan gangguan pada jejak inflasi, sehingga kontaminasi tersebut harus dihilangkan, yang dapat diukur dengan menggunakan pengukuran pelensaan yang sesuai.
Meskipun beberapa hasil dari data SPT-3G baru akan memperkuat pengetahuan yang ada, hasil lainnya akan menimbulkan pertanyaan baru.
“Setiap kali kami menambahkan lebih banyak data, kami menemukan lebih banyak hal yang tidak kami pahami,” kata Bender, yang memegang jabatan bersama di Universitas Chicago. “Saat Anda mengupas lapisan bawang ini, Anda belajar lebih banyak tentang instrumen Anda dan juga tentang pengukuran ilmiah Anda terhadap langit.”
Sangat sedikit yang diketahui tentang komponen alam semesta yang tidak terlihat ini sehingga pemahaman apa pun sangatlah penting, kata Pan: “ Semakin banyak kita mempelajari tentang distribusi materi gelap, semakin dekat kita untuk memahami sifat dan perannya dalam membentuk alam semesta tempat kita tinggal. hidup. Hari ini.”
Referensi: “Pengukuran pelensaan gravitasi latar belakang gelombang mikro kosmik menggunakan data SPT-3G 2018” paling lambat 12 Desember 2023, Tinjauan Fisik D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.108.122005
Pekerjaan ini didanai oleh Kantor Program Kutub National Science Foundation dan program Fisika Energi Tinggi Kantor Sains DOE. Analisis ilmiah dipimpin oleh Pan, bekerja sama erat dengan rekan penulis utama WL Kimmy Wu dan Federico Bianchini (SLAC National Lab) dan kolaborasi SPT-3G. Rekan penulis yang berafiliasi dengan Argonne dengan Bender dan Pan adalah Lindsey Bleem, Karen Byrum, John Carlstrom, Faustin Carter (alumnus Argonne), Thomas Cecil, Clarence Chang, Junjia Ding (alumnus Argonne), Riccardo Gualtieri (alumni Argonne), Angelina Harke- Hosemann (alumni Argonne), Jason Henning (alumni Argonne), Florian Kéruzoré, Trupti Khaire (alumni Argonne), Steve Kuhlmann, Valentine Novosad, John Pearson, Chrystian Posada (alumni Argonne), Gensheng Wang dan Volodymyr Yefremenko.
NewsRoom.id
