في الجزء الأول ، تحدثنا عن تقلبات درجة الحرارة الصغيرة في إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (KMPI). الآن سننتقل إلى مكون آخر من KMFI ، أصغر بحوالي 100 مرة من إشارة درجة الحرارة: الاستقطاب. على الرغم من أننا نناقش المفاهيم التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتجربتنا اليومية ، يجب أن نتذكر أن الإشعاع المتبقي من الانفجار الكبير هو في الواقع مجرد ضوء. والضوء موجة كهرومغناطيسية ، وهي مجموعة متذبذبة من المجالات الكهربائية (E) والمجالات المغناطيسية (B) تنتشر بسرعة الضوء.
, – , –
- ( )
- (). , - , , . , , , . - – .
–
: ( ). ( ), , , . , , .
في الوقت نفسه ، يتوسع الفضاء ، مما يزيد من الطول الموجي للفوتونات ، التي تفقد الطاقة بسببها. ونتيجة لذلك ، تفقد الفوتونات طاقة كافية بحيث يمكن للإلكترونات أن تتحد مع النوى ، ويتوقف تشتت طومسون ، ويمكن أن ينتشر الضوء دون عوائق. تسمى هذه اللحظة إعادة التركيب ، والمكان الذي تأتي منه الفوتونات يسمى سطح التشتت الأخير. تظهر الرسوم البيانية للرصد على شكل بيضة من KMFI البقع الساخنة والباردة للفوتونات على سطح التشتت الأخير في جميع أنحاء السماء ، موزعة وفقًا للظروف التي تسبق إعادة اتحاد الكون.لكن توزيع درجة الحرارة ليس سوى جزء من المعلومات المشفرة في فيزياء الكون في ذلك الوقت. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي موجات الضوء على اتجاه مفضل في أجزاء مختلفة من السماء ، أي ، اعتمادًا على الاتجاه إلى المصدر ، تتأرجح الموجة الضوئية في اتجاه واحد أكثر من الاتجاه الآخر. هذا الاتجاه - الاتجاه المفضل لتذبذب الموجة - هو الاستقطاب.الاستقطاب
الاستقطاب أسهل تخيله من درجة الحرارة. إن استقطاب فوتونات KMFI وسطح آخر الانتثار هي ثمار تشتت طومسون ، وليس مزيجًا معقدًا من الانتثار والتذبذب بسبب التدفق الخارجي للمادة المظلمة وضغط الفوتون إلى المناطق ، كما هو الحال مع درجة الحرارة. وبعبارة أخرى ، على الرغم من الانتشار في الكون ، لا تؤثر المادة المظلمة على استقطاب فوتونات KMFI. يمكن أن يحدث الاستقطاب أيضًا بسبب عدسة الجاذبية ، وتشارك فيزياء المادة المظلمة وعناقيد المجرات في هذه العملية. لكن في المقالة أعتبر الاستقطاب فقط على سطح الانتثار الأخير.
, , , . – , , , . :
1. ,
2. , ,
3. , – 90 .
في سياق موضوعنا ، يتم امتصاص الفوتون من KMFI بواسطة إلكترون ، ويتم تسريع الإلكترون في اتجاه المجال الكهربائي للفوتون. ونتيجة لذلك ، يصدر الإلكترون فوتونًا جديدًا بحيث يتم توجيه مجاله الكهربائي في اتجاه معين وله نفس تردد الفوتون الأصلي. هذا ما يعطي الضوء المستقطب: الفوتون من منطقة حيث ، في المتوسط ، يتم توجيه مجال الفوتون الكهربائي في اتجاه معين.
ولكن هذا لا يكفي لاستقطاب KMFI. نحتاج أيضًا إلى تكوين خاص للإلكترونات والفوتونات ، عندما "يرى" الإلكترون الفوتونات الساخنة من الأعلى والأسفل ، والأكثر برودة من اليسار واليمين. يُعرف مثل هذا الترتيب والأقسام الساخنة المقابلة لبعضها البعض والبرودة مقابل بعضها البعض باسم رباعي القطب .
إذا كان هناك ترتيب رباعي القطب حول الإلكترون ، فإن الفوتونات الواردة من المناطق الساخنة تسرع الإلكترونات أكثر من الفوتونات الباردة. يصبح الضوء الذي يبعثه الإلكترون مستقطبًا ، لأن معظم قوة المجال الكهربائي ستتم محاذاتها مع موقع النقاط الساخنة. اتضح أيضًا أن الرباعي فقط يؤدي إلى الاستقطاب - لا تؤدي التكوينات الأكثر تعقيدًا للأقسام الساخنة والباردة إلى الاستقطاب المرصود في KMFI.
مرة أخرى.• تتكون الفوتونات من المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وتسريع الإلكترون أثناء التفاعل.• بسبب التسارع ، يصدر الإلكترون فوتونًا جديدًا.• تسرع الأقطاب الرباعية ، المرئية بواسطة الإلكترونات ، الإلكترون بطريقة تجعل الفوتونات المنبعثة منه مستقطبة.• أخيرًا ، تؤدي الأقطاب الرباعية فقط إلى الاستقطاب الملاحظ في مؤشر KMFI.نقوم بتكوين رباعية
اتضح أنه لظهور الاستقطاب نحتاج إلى أربعة أرباع. كيف تحصل عليها؟ هناك آليتان رئيسيتان لإنتاجهما: تقلبات الكثافة وموجات الجاذبية.تؤدي تقلبات الكثافة إلى ظهور توزيع درجات الحرارة الذي نلاحظه. هناك مناطق كثيفة من المادة المظلمة المجعدة (وبدرجة أقل قليلاً ، المادة العادية) تجذب الفوتونات والإلكترونات. في الجزء الأول ، وصفنا بالفعل كيف يعمل هذا ويؤدي إلى إنشاء بقع ساخنة وباردة. لذا ، حيث تقلبات درجة الحرارة ، يجب أن تكون هناك تقلبات الاستقطاب.
صورة تشوه حلقة الجسيمات أثناء مرور موجة الجاذبية. في KMFI ، يجعل الامتداد الفوتونات أكثر برودة والضغط أكثر سخونة ، مما يخلق أقطابًا رباعية تؤدي إلى الاستقطابتعمل موجات الجاذبية على إنشاء أقطاب رباعية بطريقة مختلفة ، مما يؤدي إلى تمديد المساحة وضغطها. توضح الصور أعلاه كيف ستتغير حلقة الجسيمات من خلال موجة جاذبية عابرة. تؤثر هذه التشوهات أيضًا على طول الموجة ، مما يجعل الفوتون يبدو أكثر حرارة إذا كان في منطقة التقلص وأكثر برودة في منطقة التمدد. من الصور ، من السهل فهم كيفية ظهور النقاط الساخنة فوق الإلكترون وأسفله ، والبرودة على اليسار واليمين.
ماذا عن b-mod؟
تمت تغطية نوع خاص من الاستقطاب ، الوضع B ، مؤخرًا على نطاق واسع في الصحافة. كيف ترتبط بالاستقطاب الموصوف؟يمكن تقسيم كل حقل استقطاب إلى قسمين: الجزء الذي تأتي فيه الجسيمات من نقطة معينة في المركز (الأوضاع E) ، والجزء حيث تلتف الجسيمات إلى اليمين أو اليسار حول نقطة معينة (الوضع B). إذا تذكرنا دورة المعهد في الفيزياء ، فإن الحالة الأولى تتوافق مع الإشعاع بدون اضطراب ، والثانية للإشعاع بدون اختلاف. يأتي الاسمان E و B- من نظائر الحقول التي تظهر في معادلات ماكسويل في الفراغ ، حيث لا يوجد اضطراب في المجال E ولا يوجد اختلاف في الحقل B.تقلبات الكثافة - عندما نحصل على توزيع رباعي القطب للأقسام الساخنة والباردة حول الإلكترون - تعمل على انبعاث الأنماط E ، والموجات الثقالية - حلقات الشد - تؤدي إلى ظهور كل من الوضع E والوضع B. ونتيجة لذلك ، يتم إنتاج الأنماط B في استقطاب QMFR فقط عن طريق موجات الجاذبية (إذا كنا نتحدث حصريًا عن سطح التشتت الأخير) ، وتظهر الأنماط الإلكترونية على حد سواء نتيجة لموجات الجاذبية وتقلبات الكثافة. نظرًا لأن تقلبات الكثافة تؤثر على أكثر بكثير من موجات الجاذبية ، يجب أن تسود إشارة الوضع E في تأثيرات الكثافة ، والتي تتزامن مع الملاحظات. لذلك ، فإن قياس أوضاع B هو الهدف الرئيسي للمجربين الذين يسعون إلى رؤية موجات الجاذبية ما قبل التاريخ في KMPI.لذلك ، فإن البحث عن أنماط B هو أولوية بين المجتمع الكوني. في وقت سابق ، أعلن فريق BICEP2 عن اكتشاف أوضاع B ما قبل التاريخ ، ولكن هذا التحليل كان موضع تساؤل ، ويتطلب ملاحظات إضافية. يتم إعداد العديد من التجارب ، من Planck إلى EBEX و SPTPol و Spider وغيرها.بالطبع ، سننتظر الكثير من الأخبار التي تخبرنا عن هذه التجارب. وتسليط الضوء على طبيعة الكون المبكر ، قد نتمكن حتى من اكتشاف أكثر أثر بعيد المنال في التوهج المتبقي للانفجار العظيم: التموجات على نسيج الفضاء نفسه!