Zukunft der CMB-Beobachtungen: Wie wird sich unser Wissen über das frühe Universum verändern?

Der Planck-Satellit wurde lange Zeit als das ultimative Experiment zur Messung von Temperaturschwankungen im kosmischen Mikrowellenhintergrund (CMB) über den gesamten Himmel präsentiert und erwartet.

Eine der großen Fragen, die noch beantwortet werden müssen und zu deren Klärung Planck beitragen könnte, betrifft die Dynamik und die Antriebsmechanismen in den ersten Phasen des Universums, insbesondere in der Periode namens inflation.

Glücklicherweise gibt es Raum für Verbesserungen im kleinen Maßstab, dh kleine Himmelsstücke, die mit extrem hoher Auflösung beobachtet werden, und, was noch wichtiger ist, für Experimente zur Messung der Polarisation von CMB. Ich weiß, dass für die nächsten Jahre eine Reihe von Polarisationsexperimenten geplant sind, hauptsächlich vom Boden und von Ballons aus (bei Satelliten bin ich mir nicht sicher).

Sicherlich werden einige dieser Ergebnisse einige der möglichen Inflationsszenarien ausschließen, aber auf welcher Ebene?

Werden wir jemals sagen können: „Inflation ist so passiert“?

Ich bin im Moment nicht bereit, einen vollständigen Beitrag zu diesem Thema zu schreiben, aber eines der großen Dinge, an deren Messung Forscher interessiert sind, ist ein ganz besonderer Parameter mit der Bezeichnung f_nl. Dieser Parameter hat mit dem zu tun, was als primordiale Nicht-Gaussianität bekannt ist, was im Wesentlichen die Idee einführt, dass das Leistungsspektrum des Universums nicht skalenfrei ist.
Rechts. Ich habe die Nicht-Gaussianität vergessen.
@astromax mich würde auch hier eine Antwort interessieren, falls du dafür Zeit findest.
Wir hatten einen Gastdozenten an der Uni, der einen Vortrag über den Planck-Satelliten hielt. Er verglich die Karte von WAMP mit der viel besseren räumlichen Auflösung von Planck und bemerkte, dass Planck in Bezug auf die räumliche Auflösung die Grenze der realen physikalischen Größen von Strukturen im CMB erreicht habe. Er behauptete also, dass CMB-Teleskope der nächsten Generation (falls sie gebaut werden sollen) keine bessere räumliche Auflösung haben werden, weil dies nicht in der Lage sein wird, die Bildauflösung zu verbessern. Dies ist ein anekdotisches Stück Wissen über unsere Grenzen, ich hoffe, Sie können es irgendwie nachschlagen, wenn es Sie interessiert.

Antworten (2)

Das ist eine großartige Frage. Ich weiß von ein paar wirklich großen Dingen über Inflation, die die Leute durch die Verwendung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds festnageln wollen.

Die erste ist die Messung der sogenannten E- und B-Moden, die die curl-freien und divergenzfreien Komponenten der Moden der cmb-Strahlung sind:

E/B-Modi

Im Wesentlichen wird die Messung von großräumigen Gaußschen B-Moden von primordialen Gravitationswellen dazu beitragen, die Energieskala der Inflation einzuschränken. Es kann auch in der Lage sein, die meisten ekpyrotischen und reinen Krümmungs-/inhomogenen Wiedererwärmungsmodelle auszuschließen (gleiche Quelle).

Die andere Sache, auf die die Leute schauen, ist diese Idee der primordialen Nicht-Gaussianität, die Korrekturen zweiter Ordnung der im cmb vorhandenen Gaußschen Fluktuationen sind ( Übersichtsartikel ; frühe Planck-Ergebnisse ). Messen eines Parameters genannt f n l (Abweichung von der Gaussianität) war ein ziemlich wichtiger Teil aktueller und zukünftiger Studien und wird auch dazu beitragen, verschiedene Inflationsmodelle auszuschließen. Diese f n l Parameter ist wie folgt definiert:

In diesem Fall die Multipolkoeffizienten a l m der CMB-Temperaturkarte kann geschrieben werden als

a l m = a l m ( G ) + f n l a l m ( N G )
wo a l m ( G ) ist der Gaußsche Beitrag und a l m ( N G ) ist der nicht-Gaußsche Beitrag.

Obwohl dies spät ist, denke ich, dass ein Update zu diesem Thread interessant wäre. Ab 2022 stehen satellitengestützte CMB-Experimente wie PICO, LITEBIRD und CMB-Bharat an. Diese Experimente würden auf Skalen zur Polarisationsbeobachtung abzielen, die so groß wie der Dipol sind, mit einer Empfindlichkeit in der Größenordnung von σ ( r ) ∼ 10 − 4 . Die Idee ist, genügend Empfindlichkeit zu erreichen, um das Tensor-zu-Skalar-Verhältnis r einzuschränken. Dieser Parameter ist an die Amplitude der B-Modus-Polarisation gebunden, die von primordialen Gravitationswellen stammt.

Dies wäre ein großer Sprung vom SIMONS-Observatorium, das plant, eine Empfindlichkeit einer Zielempfindlichkeit zu haben σ ( r ) ∼   10 − 3 .

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