Італійська астрофізикиня Софія Фатігоні досліджує первісне випромінювання на станції Амундсен-Скотт

Італійська астрофізикиня Софія Фатігоні наразі проводить на станції Амундсен-Скотт життєво важливі дослідження космічного мікрохвильового фону (КМФ). Ця наукова база розташована у самісінькому серці Південного полюса, де температура, враховуючи вітровий ефект, часто опускається до позначки мінус 50 градусів за Цельсієм. Станція височіє на 2835 метрів над рівнем моря, стоїть на Антарктичному льодовиковому щиті та носить імена першовідкривачів полюса, які досягли його у 1911 та 1912 роках.

Саме ці екстремальні умови — лютий холод та віддаленість — створюють майже ідеальне середовище для астрофізичних вимірювань. Тут практично відсутня вологість, а забруднення повітря зведене до мінімуму. Основна увага доктора Фатігоні прикута до роботи з телескопом BICEP Array. Головна мета цього масштабного проєкту — зафіксувати сліди первинних гравітаційних хвиль, які, як вважається, залишили свій відбиток саме у КМФ. Згідно з нашими найкращими космологічними теоріями, ці хвилі виникли у перші миті після Великого вибуху, у період космічної інфляції.

Якщо вдасться виявити так звані B-моди поляризації КМФ, це стане прямим експериментальним доказом інфляційної моделі. Космічний мікрохвильовий фон, відомий як реликтове випромінювання, це, по суті, залишкове тепло, що збереглося з моменту «останнього розсіювання» — приблизно через 380 тисяч років після початку існування Всесвіту. Спектр цього випромінювання ідеально відповідає характеристикам абсолютно чорного тіла з температурою 2,725 Кельвіна.

BICEP Array є логічним продовженням попередніх успішних експериментів, серед яких BICEP1 (що працював з 2006 по 2008 роки) та BICEP2 (2010–2012 роки). Сучасний масив складається із чотирьох кріогенних телескопів. Перший із них розпочав збір даних у 2019 році, а другий приєднався до роботи у 2022 році. Ці високоточні інструменти налаштовані на вимірювання поляризації КМФ. Це необхідно для того, щоб чітко відокремити сигнал, спричинений первинними гравітаційними хвилями, від різноманітних перешкод, зокрема галактичного пилу, який ускладнював аналіз даних BICEP2 у 2014 році.

Життя на станції, якою керує Національний науковий фонд США в рамках Американської антарктичної програми (USAP), вражає своєю схожістю з умовами на Марсі, особливо через наявність шестимісячної ночі, яка змінюється полярним днем. Станція може вмістити до 150 осіб у літній період і близько 50 — взимку. Ці зимові мешканці залишаються практично в повній ізоляції з середини лютого до кінця жовтня. Через постійне зміщення льодовикового щита, яке становить приблизно 10 метрів щороку, необхідно щороку заново встановлювати маркер географічного Південного полюса. Саме ці унікальні обставини роблять це місце незамінним для передової астрофізики, включно з роботою таких установок, як нейтринна обсерваторія IceCube.

Дослідження, які проводить Софія Фатігоні разом зі своїми колегами, мають фундаментальне значення, адже вони спрямовані на розкриття таємниць найперших етапів існування нашого Всесвіту. Успішне фіксування B-мод, спричинених гравітаційними хвилями, дозволить перетворити інфляційну теорію з цікавої гіпотези на науково доведену істину, відкриваючи тим самим абсолютно нову сторінку в історії космології.