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 “
Tennessee vs Ole Miss: UTPD mencatat 18 penangkapan,… Menurut juru bicara Departemen Kepolisian Universitas Tennessee, 18 penangkapan dan 47 pengusiran dihasilkan dari panggilan kontroversial pada akhir pertandingan Sabtu antara musuh SEC Tennessee dan Ole Miss. Juru bicara itu…
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:…
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…
S. Philip Hu S. Philip Hu adalah peneliti tamu di Brookings Institution Center for East Asia Policy Studies dan Fulbright Scholar. Kembali di Taiwan, ia Peta Jalan Hubungan dan Direktur Pusat Studi China…
Prototipe Tesla Cybertruck baru memberi Elon Musk "masalah" Cybertruck futuristik dari Tesla — kendaraan yang terlihat seperti model poli rendah dalam kehidupan nyata — baru-baru ini dimata-matai untuk berputar di jalur Fremont, California, perusahaan. Rekaman drone menangkap truk…
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…
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…
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…
Ikuti 'Grand Tour' dari tata surya luar… Planet-planet di tata surya kita tidak statis. Seperti Bumi, planet lain juga mengalami variasi musiman dengan perubahan atmosfer yang terjadi sepanjang tahun. Itulah sebabnya setiap tahun Teleskop Luar Angkasa Hubble…
Cuaca Gunung Andong: Perjalanan Istimewa di Antara… Exploring Gunung Andong's Enchanting Climate: A Comprehensive Guide As an adventurer seeking breathtaking natural wonders, Gunung Andong stands tall, beckoning you with its allure. Nestled in the heart of Central…
Penerapan Model Pembelajaran Project Based Learning… Oleh: Solekhah ABSTRAK. Penerapan Model Pembelajaran Project Based Learning untuk Meningkatkan Motivasi Belajar Siswa pada Pembelajaran Sejarah pada Kelas X TBSM-1 di SMK Muhammadiyah Tahun 2023-2024. Pembelajaran sejarah di SMK…
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!…
Pesona Gunung Telomoyo: Keajaiban Alam yang Menawan Gunung Telomoyo, Pesona Alam yang Menakjubkan di Jawa Tengah Gunung Telomoyo merupakan salah satu gunung yang terletak di Provinsi Jawa Tengah, Indonesia. Gunung ini memiliki ketinggian sekitar 1.894 meter di…
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 menyelesaikan tur terbarunya di tata surya luar Teleskop Luar Angkasa Hubble adalah proyek bersama antara NASA dan ESA. Tim yang mengoperasikan teleskop telah mengumumkan bahwa mereka telah menyelesaikan tur tahunannya di tata surya luar. Tata surya luar…
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…
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,…
Perangkat terbaik untuk melengkapi mobil listrik Anda Munculnya mobil listrik telah merevolusi industri otomotif, menawarkan alternatif yang lebih bersih dan ramah lingkungan dibandingkan kendaraan bertenaga bensin tradisional. Mobil listrik tidak hanya mengurangi emisi karbon, tetapi juga memberikan…
Rahasia Kelam di Balik Keindahan Indonesia: Kisah… Tahukah Anda, Rahasia Hidup Berkualitas diketahui? Beberapa peristiwa sejarah kelam tersebut bahkan masih menyimpan misteri hingga saat ini. Salah satu sejarah kelam Indonesia yang paling terkenal adalah tragedi 1965. Tragedi…
Disney + menganalisis langganan berbiaya rendah dan… Artikel ini diterjemahkan dari edisi AS kami menggunakan teknologi AI. Kesalahan mungkin terjadi karena proses ini. Sejak sebelum debutnya di pasar streaming, satu hal yang pasti: Disney + akan sukses…
Rahasia Kelam di Balik Keindahan Indonesia: Kisah… Tahukah Anda, Indonesia memiliki banyak sejarah kelam yang jarang diketahui? Beberapa peristiwa sejarah kelam tersebut bahkan masih menyimpan misteri hingga saat ini. Salah satu sejarah kelam Indonesia yang paling terkenal…
Kulit Wajah Putih Berkilau, Bukti Cinta Diri yang… Tips untuk Kulit Wajah Putih? Ada di Sini! Setiap orang tentunya menginginkan wajah yang putih dan bersih. Namun, berbagai faktor seperti paparan sinar matahari, polusi udara, dan stres dapat membuat…
Lompat Jauh: Teknik, Peraturan, dan Manfaatnya Pengertian Lompat Jauh Lompat Jauh adalah salah satu cabang olahraga atletik yang bertujuan untuk mencapai jarak lompatan sejauh mungkin dari titik awal dengan bantuan tolakan pada papan tumpuan. Lompat Jauh…
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…
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…
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
SciRate: Situs web sumber terbuka untuk menelusuri,… Kami menjelaskan dan menganalisis algoritme untuk simulasi klasik pengukuran keadaan kuantum $n$-qubit $psi$ dalam basis standar, yaitu, mengambil sampel string bit $x$ dari distribusi probabilitas $|langle x|psirangle|^2 $. Algoritme kami…
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…
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.…
Apa itu kekacauan? Seorang ilmuwan sistem yang… Anda sedang membaca Entrepreneur United States, sebuah waralaba internasional dari Entrepreneur Media. Cerita ini awalnya muncul di The Conversation Kekacauan membangkitkan gambar dinosaurus yang berlarian liar di Jurassic Park, atau…