لایتبرد: ماهواره‌ای جدید برای رصد تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی

0 0 0 0

توسط فریدا فارسیان , 3 می 2020

سازمان فضایی ژاپن^۱ در یک پروژه‌ی بین‌المللی قصد دارد تا ماهواره‌ای به نام لایتبرد^۲ را با هدف رصد قطبش تابش‌ پس‌زمینه‌ی کیهانی^۳ به فضا پرتاب کند.

تفاوت دو الگوی قطبش E-mode و B-mode بر روی تابش CMB

قبل از این، ماهواره‌ی پلانک^۴ با دقت بسیار بالایی سیگنال شدت تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی را بین سال‌های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ رصد و پارامترهای کیهان‌شناسی را به خوبی مقید کرد. بر اساس داده‌های پلانک، مدل استاندارد کیهان‌شناسی یا مدل ΛCDM به خوبی کیهان ما را توصیف می‌کند. اما سؤالات بسیاری در این مدل هم‌چنان بی‌پاسخ مانده است. بر اساس مدل استاندارد کیهان‌شناسی، عالم در مراحل اولیه‌ی خود دوران تورمی را تجربه کرده که طبق نظریه‌های تورمی مختلف، امواج گرانشی اولیه‌ای ایجاد کرده است. این نظریه‌ها پیش‌بینی می‌کنند که انبساط سریع کیهان در دوران تورم باعث به‌وجودآمدن امواج گرانشی اولیه می‌شود به شکلی که در سیگنال قطبش تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی رد پایی از آن به جا خواهد ماند.

تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی بنابر دلایل مختلفی قطبیده است. این تابش که از دوران بازترکیب به ما می‌رسد، به دلیل وجود پدیده‌ی پراکندگی تامسون در این دوران،‌ به صورت خطی قطبیده است. افت‌وخیزهای مربوط به میدان اسکالر یا نرده‌ای که به دلیل تغییرات جزئی پتانسیل در ابتدای کیهان به وجود آمده‌اند، مسوؤل ناهمسانگردی‌های دمایی در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی هستند. اما این تنها افت و خیز موجود بر روی تابش پس‌زمینه‌ی‌کیهانی نیست و این تابش با عبور از ساختارهای بزرگ مقیاس کیهانی قطبیده می‌شود، و قطبشی با الگوی E-mode به وجود آورند؛ در حالی که افت و خیز امواج گرانشی اولیه که دارای فرم تانسوری هستند، سبب ایجاد هر دو الگوی قطبش E-mode و B-mode در سیگنال تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی می‌شوند. در نتیجه با بررسی قطبش B-mode در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی دانشمندان قادر خواهند بود مدل‌های مختلف تورم را مقید سازند. شکل ۱ تفاوت دو الگوی قطبش E-mode و B-mode را نشان می‌دهد. سیگنال قطبش B-mode سه مرتبه‌ی مقداری، کوچک‌تر از ناهمسانگردی‌های دمایی در تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی هستند و پلانک حساسیت کافی برای آشکارسازی دقیق این سیگنال را نداشت. به همین دلیل تلاش‌های زیادی برای آشکارسازی این سیگنال از روی زمین در جریان است. اما وجود اتمسفر همواره برای تلسکوپ‌های زمینی دردسرساز می‌شود و بخشی از بازه‌ی فرکانسی مورد نیاز برای رصد را آلوده می‌کند. به همین دلیل ماهواره‌ی لایتبرد بار دیگر تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی را از فضا رصد خواهد کرد.

سیگنال قطبش تابش پس‌زمینه‌ی کیهانی اطلاعات مهمی در مورد دوران بازترکیب و بازیونش در خود جای داده است که هدف علمی لایتبرد تمرکز بر این دو دوره از کیهان است. کمیتی که برای آشکارسازی امواج گرانشی اولیه در سیگنال قطبش پس‌زمینه‌ی کیهانی اندازه گیری می‌شود، دامنه‌ی تغییرات تانسوری نسبت به اسکالر است. در حال حاضر تنها حد بالایی برای این کمیت وجود دارد که از ترکیب سه تلسکوپ: ماهواره‌ی پلانک، آرایه‌ی کک^۵ و بایسپ^۶۲ به دست آمده است. دانشمندان امیدوارند با استفاده از لایتبرد این حد بالا را کاهش دهند.

در این مقاله مشخصات اولیه و نوع آشکارسازهای این ماهواره توضیح داده شده است. لایتبرد کل آسمان را در محدوده‌ی فرکانسی بین ۳۴ تا ۴۴۸ گیگاهرتز رصد خواهد کرد. دو آشکارساز متفاوت لایتبرد برای طول موج‌های بالاتر^۷ و طول موج‌های‌ پایین‌تر^۸ در شکل ۲ نشان داده شده است.

این ماهواره در ماه می سال گذشته‌ی میلادی (۲۰۱۹)، با غلبه بر رقبای خود، از طرف سازمان فضایی به عنوان اولویت علمی و ماموریت بزرگ استراتژیک انتخاب شد. بر اساس برنامهریزی این سازمان، این ماهواره در سال ۲۰۲۷ به فضا پرتاب خواهد شد و در نقطه‌ی دوم لاگرانژی زمین قرار خواهد گرفت. مدت زمان داده‌گیری لایتبرد سه سال تعیین شده است.