BICEP і Масив Кека (англ. Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, «фотографування фонової космічної позагалактичної поляризації») — серія експериментів з дослідження реліктового випромінювання. Вони спрямовані на вимірювання поляризації реліктового випромінювання і, зокрема, вимірювання B-моди реліктового випромінювання. Експерименти включали п’ять поколінь приладів: BICEP1 (або просто BICEP), BICEP2, Масив Кека, BICEP3 та Масив BICEP. Всі вони працюють з Антарктиди, зі станції Амундсен-Скотт на Південному полюсі, досліджуючи одну й ту саму частину неба навколо південного небесного полюса.
Частина від | Амундсен-Скотт |
---|---|
Розташування | Антарктида |
Координати | 89°59′58″ пд. ш. 0°00′00″ сх. д. / 89.9997220000277878° пд. ш. 0.000000000028° сх. д. |
Стиль телескопа | радіотелескоп для реліктового випромінювання |
Вебсайт | cfa.harvard.edu/CMB/keckarray/ |
BICEP у Вікісховищі |
Установи ред.
Установи, залучені до різних приладів:
- Каліфорнійський технологічний інститут (усі експерименти)
- Кардіффський університет (усі експерименти)
- Чиказький університет (усі експерименти)
- Гарвард-Смітсонівський астрофізичний центр (усі експерименти)
- Лабораторія реактивного руху (усі експерименти)
- CEA Гренобль[en] (усі експерименти)
- Університет Міннесоти (усі експерименти)
- Стенфордський університет (усі експерименти)
- Університет Каліфорнії у Сан-Дієго (BICEP1 і 2)
- Національний інститут стандартів і технологій (BICEP2, Keck Array і BICEP3)
- Університет Британської Колумбії (BICEP2, Keck Array і BICEP3)
- Торонтський університет (BICEP2, Keck Array і BICEP3)
- Кейс-Вестерн-Резерв університет (Keck Array)
BICEP1 ред.
Серія експериментів почалася в Каліфорнійському технологічному інституті в 2002 році, коли у співпраці з Лабораторією реактивного руху фізики Ендрю Ланге[en], Джеймі Бок, Браян Кітінг[en] і Вільям Гольцапфель розпочали роботу над телескопом BICEP1, який під час розробки називався Робінсонівський телескоп фонових гравітаційних хвиль (англ. Robinson gravitational wave background telescope). Інструмент був вперше описаний у статті 2003 року, почав спостереження в січні 2006 року і завершив їх в кінці 2008 року.
BICEP1 спостерігав небо на частотах 100 і 150 ГГц (довжина хвилі 3 і 2 мм) з роздільною здатністю 1,0 і 0,7 градусів відповідно. Він мав масив із 98 детекторів (50 на 100 ГГц і 48 на 150 ГГц) для вимірювання поляризації реліктового випромінювання - кожна пара детекторів складала один чутливий до поляризації піксель.
BICEP2 ред.
Інструментом другого покоління був BICEP2. Він складався з 512 датчиків (256 пікселів), що працювали на частоті 150 ГГц (довжина хвилі 26 см). Він замінив собою інструмент BICEP1 і спостерігав з 2010 по 2012 рік.
17 березня 2014 року Гарвард-Смітсонівським астрофізичним центром було оголошено, що BICEP2 виявив B-моди гравітаційних хвиль у ранньому Всесвіті (так звані первісні гравітаційні хвилі). Повідомлялося про виявлення B-мод на рівні r = 0.20+0.07
−0.05, що відхиляло нульову гіпотезу (r = 0) на рівні 7 сигма (5,9 σ після віднімання фонового випромінювання). Однак 19 червня 2014 року було повідомлено про зниження рівня довіри до цього результату. Перевірена та прийнята до друку стаття з оголошенням про відкриття містила додаток, в якому обговорювався можливий вплив на сигнал з боку космічного пилу. Через неузгодженість знайденої поляризації з даними космічного телескопу Планк інші науковці (наприклад, Девід Сперджел) припускали, що саме космічний пил є найбільш імовірним поясненням виявленого сигналу.
Препринт, опублікований командою Планк у вересні 2014 року і прийнятий до друку у 2016 році, надав найточніші вимірювання сигналу від пилу і дійшов висновку, що сигнал від пилу має таку саму силу, як і сигнал, отриманий командою BICEP2. 30 січня 2015 року було опубліковано спільний аналіз даних BICEP2 і Planck, і Європейське космічне агентство оголосило, що сигнал можна повністю віднести до пилу в Чумацькому Шляху. BICEP2 об’єднав свої дані з Масивом Кека і Планком у спільному аналізі. Публікація в Physical Review Letters у березні 2015 року встановила обмеження на відношення тензора до скаляра r < 0.12
Масив Кека ред.
Інструмент | Рік закінчення | Частота | Роздільна здатність | Датчиків (пікселів) | Посилання |
---|---|---|---|---|---|
BICEP1 | 2008 | 100 ГГц | 0,93° | 50 (25) | |
150 ГГц | 0,60° | 48 (24) | |||
BICEP2 | 2012 | 150 ГГц | 0,52° | 500 (250) | |
Масив Кека | 2011 | 150 ГГц | 0,52° | 1488 (744) | |
2012 | 2480 (1240) | ||||
2018 | 1488 (744) | ||||
95 ГГц | 0,7° | 992 (496) | |||
BICEP3 | — | 95 ГГц | 0,35° | 2560 (1280) |
Безпосередньо поруч із телескопом BICEP у будівлі обсерваторії Мартіна Померанца на Південному полюсі була невикористана телескопічна опора, яка раніше була зайнята інтерферометром DASI. Масив Кека був створений, щоб скористатися перевагами цього більшого кріплення телескопа. Цей проєкт було профінансовано сумою 2,3 мільйона доларів від Фонду Кека[en], а також від Національного наукового фонду, Фонду Гордона і Бетті Мур[en], Фонду Джеймса і Неллі Кілрой та Фонду Барзана. Проєкт спочатку очолював Ендрю Ланге[en].
Масив Кека складається з п’яти поляриметрів. Перші три почали спостереження австралійським літом 2010–11 року, а в 2012 році додалися ще два. Спочатку всі поляриметри спостерігали на 150 ГГц, але 2013 року два з них були переведені на частоту 100 ГГц. Кожен поляриметр містить з рефракторний телескоп, охолоджуваний до 4 К охолоджувачем із імпульсною трубкою, і 512 датчиків, розташованих у фокальній площині та охолоджуваних до 250 мК. Таким чином, весь масив загалом містить 2560 детекторів, тобто 1280 пікселів для вимірювання поляризації.
У жовтні 2018 року було оголошено перші результати масиву Кека (у поєднанні з даними BICEP2), отримані на основі спостережень до сезону 2015 року включно. Це дало верхню межу космологічних B-мод на рівні (рівень довіри 95%), а включення даних космічного телескопа Планк знижувало межу до . У жовтні 2021 року було оголошено про надання нових результатів (на рівні достовірності 95%) на основі сезону спостережень BICEP/Keck 2018 у поєднанні з даними Planck і WMAP.
BICEP3 ред.
Після завершення будівництва масиву Keck у 2012 році продовжувати експлуатацію BICEP2 було нерентабельно. Натомість на тому ж кріпленні було встановлено новий, значно більший телескоп BICEP3.
Він проводить спостереження на частоті 95 ГГц, містить 2560 детекторів (стільки ж, як всі 5 телескопів решітки Кека разом узяті), і має діаметр 68 см, забезпечуючи приблизно вдвічі збиральну площу, ніж весь масив Кека. Він був встановлений в січні 2015 року. BICEP3 став прототипом масиву BICEP.
Масив BICEP ред.
На зміну Масиву Кека приходить Масив BICEP, який складається з чотирьох телескопів, схожих на BICEP3, на спільному кріпленні, що працюють на частотах 30/40, 95, 150 і 220/270 ГГц. Монтаж почався між сезонами спостережень 2017 і 2018 років і має бути завершений до сезону 2020 року.
Очікується, що він виміряє поляризазію реліктового випромінбвання на рівні σ < 0,005.
Література ред.
- Keating B. G. Losing the Nobel Prize: A Story of Cosmology, Ambition, and the Perils of Science’s Highest Honor — 2018. — ISBN 978-0-393-35739-4. (Книга про BICEP1 і BICEP2, написана одним з керівників проєкту.)
Примітки ред.
- ↑ BICEP: Robinson Gravitational Wave Background Telescope. Caltech. Процитовано 7 жовтня 2022.
- ↑ . Caltech. Архів оригіналу за 2 березня 2012.
- ↑ Instrument – Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- ↑ Staff (17 березня 2014). BICEP2 2014 Results Release. National Science Foundation. Процитовано 18 березня 2014.
- ↑ Clavin, W. (17 березня 2014). NASA Technology Views Birth of the Universe. NASA. Процитовано 17 березня 2014.
- ↑ Overbye, D. (17 березня 2014). Detection of Waves in Space Buttresses Landmark Theory of Big Bang. The New York Times. Процитовано 17 березня 2014.
- ↑ Overbye, D. (24 березня 2014). Ripples From the Big Bang. The New York Times. Процитовано 24 березня 2014.
- BICEP1 Collaboration. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- Collaboration – BICEP2 South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- Collaboration – Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- BICEP3 Collaboration. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- NSF Award Abstract #0230438. National Science Foundation. Процитовано 26 березня 2014.
- Keating, Brian (2003). BICEP: a large angular scale CMB polarimeter. У Fineschi, Silvano. Polarimetry in Astronomy 4843: 284–295. Bibcode:2003SPIE.4843..284K. doi:10.1117/12.459274.
- Ogburn, R. W. (2010). The BICEP2 CMB polarization experiment. У Holland, Wayne S; Zmuidzinas, Jonas. Proceedings of SPIE. Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy V 7741: 77411G. Bibcode:2010SPIE.7741E..1GO. doi:10.1117/12.857864.
- ↑ Ade P. A. R., Barkats D., Karkare K. et al. Detection of B-mode polarization at degree angular scales by BICEP2 // Phys. Rev. Lett. — [Woodbury, N.Y., etc.]: American Physical Society, 2014. — Vol. 112, Iss. 24. — P. 241101. — ISSN 0031-9007; 1079-7114; 1092-0145 — doi:10.1103/PHYSREVLETT.112.241101 — arXiv:1403.3985
- Ade, P. A. R. (2014). BICEP2. II. Experiment and Three-year Data Set. The Astrophysical Journal 792 (1): 62. Bibcode:2014ApJ...792...62B. arXiv:1403.4302. doi:10.1088/0004-637X/792/1/62.
- Gravitational waves: Have US scientists heard echoes of the big bang?. The Guardian. 14 березня 2014. Процитовано 14 березня 2014.
- Overbye, D. (19 червня 2014). Astronomers Hedge on Big Bang Detection Claim. The New York Times. Процитовано 20 червня 2014.
- Amos, J. (19 червня 2014). Cosmic inflation: Confidence lowered for Big Bang signal. BBC News. Процитовано 20 червня 2014.
- Planck Collaboration (2014). Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics 571: 16. Bibcode:2014A&A...571A..16P. arXiv:1303.5076. doi:10.1051/0004-6361/201321591.
- Urry, M. (5 червня 2014). What's behind the Big Bang controversy?. CNN. Процитовано 6 червня 2014.
- Planck Collaboration (2016). Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes. Astronomy & Astrophysics 586 (133): A133. Bibcode:2016A&A...586A.133P. arXiv:1409.5738. doi:10.1051/0004-6361/201425034.
- Overbye, D. (22 вересня 2014). Study Confirms Criticism of Big Bang Finding. The New York Times. Процитовано 22 вересня 2014.
- Cowen, Ron (30 січня 2015). Gravitational waves discovery now officially dead. Nature. doi:10.1038/nature.2015.16830.
- BICEP2/Keck Array and Planck Collaborations (2015). Joint Analysis of BICEP2/Keck Array and Planck Data. Physical Review Letters 114 (10): 101301. Bibcode:2015PhRvL.114j1301B. PMID 25815919. arXiv:1502.00612. doi:10.1103/PhysRevLett.114.101301.
- ↑ Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- BICEP3. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. Процитовано 14 березня 2014.
- MAPO Open House. kateinantarctica.wordpress.com. 14 грудня 2014. Процитовано 22 березня 2018.
- Keck Array, BICEP2 Collaborations (11 жовтня 2018). BICEP2 / Keck Array x: Constraints on Primordial Gravitational Waves using Planck, WMAP, and New BICEP2/Keck Observations through the 2015 Season. Phys. Rev. Lett. 121 (22): 221301. PMID 30547645. arXiv:1810.05216. doi:10.1103/PhysRevLett.121.221301.
- BICEP/Keck Collaboration; Ade, P. A. R.; Ahmed, Z.; Amiri, M.; Barkats, D.; Thakur, R. Basu; Bischoff, C. A.; Beck, D.; Bock, J. J.; Boenish, H.; Bullock, E. (4 жовтня 2021). Improved Constraints on Primordial Gravitational Waves using Planck, WMAP, and BICEP/Keck Observations through the 2018 Observing Season. Physical Review Letters 127 (15): 151301. Bibcode:2021PhRvL.127o1301A. PMID 34678017. arXiv:2110.00483. doi:10.1103/PhysRevLett.127.151301.
- Meerburg, Daniel (4 жовтня 2021). Squeezing down the Theory Space for Cosmic Inflation. Physics (англ.) 14: 135. Bibcode:2021PhyOJ..14..135M. doi:10.1103/Physics.14.135.
- Updates from the BICEP/Keck Array Collaboration Zeeshan Ahmed KIPAC, Stanford University 08 June 2015
- Ahmed, Z.; Amiri, M. та ін. (2014). BICEP3: A 95 GHz refracting telescope for degree-scale CMB polarization. У Holland, Wayne S; Zmuidzinas, Jonas. Proceedings of SPIE. Millimeter, Submillimeter, and Far-Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy VII 9153: 91531N. Bibcode:2014SPIE.9153E..1NA. arXiv:1407.5928. doi:10.1117/12.2057224.
- Briggs, D. (10 березня 2015). BICEP: From the South Pole to the beginning of time. BBC News.
- BICEP3 - Caltech Observational Cosmology.
- Schillaci, Alessandro (17 лютого 2020). Design and Performance of the First BICEP Array Receiver. Journal of Low Temperature Physics 199 (3–4): 976–984. Bibcode:2020JLTP..199..976S. arXiv:2002.05228. doi:10.1007/s10909-020-02394-6.
- ↑ BICEP Array - Caltech Observational Cosmology. cosmology.caltech.edu (англ.).
- Rini, Mateo (30 жовтня 2020). Hunting Season for Primordial Gravitational Waves. APS Physics 13: 164. doi:10.1103/Physics.13.164. Процитовано 10 листопада 2020.