Можем ли мы заглянуть в прошлое дальше реликтового излучения?

В космологии Большого взрыва космический микроволновый фон (CMB) представляет собой электромагнитное излучение, которое является остатком ранней стадии Вселенной, также известное как «реликтовое излучение». Реликтовое излучение — это слабое космическое фоновое излучение, заполняющее все пространство.

Это важный источник данных о ранней Вселенной, потому что это самое старое электромагнитное излучение во Вселенной, относящееся к эпохе рекомбинации (380 000 тыс. лет. от Большого взрыва), когда образовались первые атомы.

Космический микроволновый фон соответствует времени, когда фотоны отделились от материи, сделав Вселенную прозрачной. В этом смысле мы можем ожидать, что реликтовое излучение будет пределом того, насколько далеко в прошлое мы можем видеть.

Тем не менее, можем ли мы посмотреть дальше этого и заглянуть за пределы времени до того, когда фотоны отделились?

Оказывается, что да, теоретически это возможно. Мы можем искать фон космических нейтрино или гравитационные волны, связанные с Большим взрывом. Оба они представляют условия значительно раньше, чем через 380 000 лет после Большого взрыва, которое показывает реликтовое излучение.

Ни одна из этих идей не является невероятной — есть веские теоретические основания ожидать, что обе существуют, и в обоих случаях есть планы по разработке инструментов для их обнаружения.

Космический нейтринный фон

Космический нейтринный фон (CNB) — это фоновое излучение частиц Вселенной, состоящее из нейтрино. Иногда их называют реликтовыми нейтрино.

Космический нейтринный фон — это реликт Большого Взрыва; в то время как космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) восходит к тому времени, когда Вселенной было 380 000 лет, CNB отделился от материи, когда Вселенной была всего одна секунда. Подсчитано, что сегодня CNB имеет температуру примерно 1,95 К.

Поскольку нейтрино редко взаимодействуют с материей, эти нейтрино существуют и сегодня. У них очень низкая энергия , от 10^–4  до 10^–6 эВ. Известно, что даже нейтрино высоких энергий трудно обнаружить, а энергия CNB примерно в 10¹⁰ раз меньше, поэтому CNB может не наблюдаться в деталях в течение многих лет, если вообще будет наблюдаться.

Однако космология Большого Взрыва делает много предсказаний относительно CNB, и есть очень веские косвенные доказательства того, что нейтринный фон существует.

Приборы, которые могут его обнаружить, строятся — например, нейтринный эксперимент KATRIN может обнаружить эту сигнатуру при необходимых доработках. Эксперимент PTOLEMY, который использует аналогичный KATRIN принцип, в настоящее время находится в стадии исследований и разработки.

Космологический фон гравитационных волн

Фон гравитационных волн (GWB или стохастический фон ) представляет собой сигнал гравитационных волн, потенциально обнаруживаемый в экспериментах по обнаружению гравитационных волн.

Гравитационные волны отделяются от материи, как только они возникают, в любую эпоху, вплоть до инфляционной эры.

Они могут возникать в результате различных процессов, включая инфляцию, рождение частиц, первичные черные дыры и многое другое.

Ожидается, что будет непрерывный спектр частот гравитационных волн, возможно, с несколькими степенными законами в распределении. Их возможно обнаружить в очень широком диапазоне частот.

В настоящее время в экспериментах LIGO и VIRGO замеряется только диапазон 10–1000 Гц, но космические инструменты, такие как eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna — Улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра), запланированная к запуску в 2034 году и наземные системы синхронизации пульсаров могут расширить эту чувствительность до гораздо более низких частот.