Объявлены космологические результаты «Планка»
Борис Штерн
«Троицкий вариант» №6(125), 26 марта 2013 года
Они замечательные, но сливки уже съел WMAP.
Недавно в ТрВ-Наука была опубликована статья про заключительные результаты миссии NASA, WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) по измерению реликтового излучения ранней Вселенной (см. [1]). Этот эксперимент без преувеличений сделал эпоху: космология превратилась в «прецизионную космологию». На днях, 21 марта, произошло еще одно событие, которого долго ждали: объявлены космологические результаты миссии ESA «Планк» (Planck) — более современного и чувствительного микроволнового космического телескопа [2].
Европейский «Планк» был запущен в мае 2009 года, совершил плановый обзор неба к ноябрю 2010 года. Миссия была продолжена до исчерпания жидкого гелия, охлаждающего детекторы. Гелий-3, охлаждающий высокочастотный приемник, закончился в январе 2012 года, а гелий-4, охлаждающий низкочастотный инструмент, должен закончиться в ближайшее время. Инструмент превосходит американский WMAP, запущенный в 2001 году, лучшим угловым разрешением, более высокой чувствительностью, более широким диапазоном частот. Естественно, исследователи с большим интересом ждали объявления космологических результатов «Планка». Астрофизические результаты уже были опубликованы, и там была масса интересных вещей, например гигантские перемычки горячего газа, соединяющие скопления галактик. Главный космологический релиз результатов был заранее объявлен на 21 марта. И вот он у нас перед глазами.
Качество данных действительно великолепное. Карта реликтового излучения (рис. 1) заметно четче, чем у WMAP. Разложение этой карты по угловым гармоникам (рис. 2) идет гораздо дальше — в более высокие мультиполи, до l = 2500, тогда как аналогичная кривая WMAP тянулась только до l = 1000. Кривая «Планка» перекрывает совместную картинку WMAP и наземных микроволновых телескопов — это важно, так как гарантирует однородность данных. Спектр угловых гармоник прекрасно подгоняется стандартной космологической моделью Вселенной (примерно так, как подгонялись данные WMAP, см. [1]).
![Рис. 2. Спектр разложения карты (рис. 1) по угловым гармоникам. Пики спектра — акустические (сахаровские) осцилляции, природа которых описана в [1] и [3]). Сплошная кривая на верхней панели — результат подгонки спектра стандартной космологической моделью, см. [1]. Нижняя панель — остаточный спектр (residuals) после вычитания подгоночной кривой. Из Е-ПРИНТА arXiv 1303.5076](images/eltpub/planck_results_2_600.jpg)
Итак, прецизионная (высокоточная) космология стала еще более прецизионной, однако, по большому счету, пока ничего принципиально нового в итогах работы «Планка» нет. Интервалы ошибок нескольких важных величин, полученных подгонкой данных WMAP и «Планка», показаны на рис. 3. Чуть меньше темной энергии (см. рис. 3), чуть больше темной материи (26% содержимого Вселенной вместо 24%, по последним данным WMAP), причем разница лишь немного выходит за пределы статистической ошибки 1 сигма. Они даны в двух вариантах: если брать только данные миссии и если дополнить их данными других наблюдений, в том числе касающихся современной Вселенной (они обозначены как WMAP + и Планк +).
Вопреки прозвучавшим в ряде СМИ заявлениям, возраст Вселенной не «повышен» относительно результата WMAP, а лишь уточнен — 13,8 миллиардов лет плюс-минус 30 миллионов.
Что существенно для физиков — снижена оценка эффективного числа типов «нейтрино». Слово «нейтрино» взято в кавычки потому, что любая легкая слабовзаимодействующая частица подошла бы на эту роль. Раньше число типов нейтрино тяготело к четырем, теперь — к трем, которые уже известны. Искать четвертую легкую, слабовзаимодействующую частицу нет резона. Почти вдвое уменьшен верхний предел на сумму масс трех типов нейтрино: если привлечь все силы, то натягивается предел 0,24 эВ.
Хорошо и важно то, что «Планк» подтверждает результат WMAP по наклону спектра первичных возмущений плотности Вселенной. Показатель наклона спектра отличается от плоского на 0,04 как по данным WMAP +, так и по результатам Планк +, но «Планк» поднял статистическую значимость этого отклонения до 6 сигма. Важность результата заключается в том, что он относится к самому акту сотворения Вселенной — космологической инфляции и подтверждает, что это, скорее всего, была именно она, и кое-что говорит о ее конкретном варианте.
Отсутствие сенсаций в релизе «Планка» пытаются возместить заявлениями об аномалиях в данных. Холодное (синее) пятно снизу справа на рис. 1 холоднее, чем надо, и спектр гармоник в интервале мультиполей 20–30 (рис. 2) идет ниже, чем надо. Эти страшилки об аномалиях Вселенной (там есть еще «ось зла») с радостью подхватывают журналисты. На самом деле, все эти «аномалии» имеют маргинальную статистическую значимость, а в любом большом массиве данных всегда найдутся маргинально значимые отклонения.
Но это еще не всё. Обработаны данные только за 2/5 срока работы «Планка». Точность еще вырастет, и, возможно, появится что-то действительно новое. Самое выдающееся, что могло бы появиться — указание на реликтовые гравитационные волны в карте поляризации реликтового излучения. Правда, надежда на это не велика.
1. WMAP: триумф девятилетней службы, ТрВ № 122, 12 февраля 2013 года
2. Simple but challenging: the Universe according to Planck
3. Масштабная линейка Вселенной, ТрВ № 83, 19 июля 2011 года
.jpg)
