گره‌گشایی الگوهای پس‌زمینه مایکروویو کیهانی برای درک بهتر جهان اولیه

توسط شانون برشر شی، وزارت انرژی ایالات متحده

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

چهره‌ای قرمز رنگ روی یک پتوی سفید می‌چرخد. برف زیر پای دانشمند، آنقدر خشک است که نرم و لطیف نباشد. فقط یک ردیف پرچم و چند ساختمان بزرگ - مقصد دانشمند - چشم انداز را در هم می شکند. خورشید در افق معلق است و هرگز در برابر آسمان آبی خالی از ابر غروب نمی کند.

قطب جنوب علاوه بر یخ و برف، میزبان تلسکوپ قطب جنوب (SPT) و پروژه های BICEP است. محققان از این آزمایش ها برای بررسی اولیه ترین لحظات کیهان استفاده می کنند. از آنجایی که نمی‌توانیم به گذشته سفر کنیم، اخترفیزیکدانان از تلسکوپ‌های بنیاد ملی علوم ایالات متحده در ایستگاه قطب جنوبی آموندسن-اسکات برای بررسی گرمای باقی‌مانده از اوایل تکامل کیهان استفاده می‌کنند.

ترکیب داده های SPT، BICEP و سایر تلسکوپ ها به آنها اجازه می دهد تا از طریق سیگنال های الکترومغناطیسی رقیب مرتب شوند. به طور خاص، یک سیگنال گریزان - سیگنال حالت B در قطبش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی - می‌تواند به ما در درک ابتدای وجود کمک کند.

در آغاز، جهان به طرز غیرقابل تصوری کوچک، متراکم و داغ بود. به معنای واقعی کلمه هر چیزی که جهان قابل مشاهده ما شد در حجمی بسیار کوچکتر از یک الکترون قرار داشت.

سپس، جهان سریعتر از سرعت نور منبسط شد.

قبل از اولین تریلیونم تریلیونم ثانیه کیهان، به طور تصاعدی رشد می کرد و از ناحیه ای کوچکتر از یک پروتون به تکه ای به اندازه یک مرمر منبسط می شد. در حالی که اندازه دقیق به جزئیاتی بستگی دارد که فیزیکدانان هنوز آن را مشخص نکرده اند، ما می دانیم که حتی در آن اندازه کوچک، به شدت با شکل قبلی خود متفاوت بود. این تورم به طور اساسی فضا را هموار و مسطح کرد و عمدتا آن را خالی گذاشت. تقریبا چیزی جز انرژی میدانی که انبساط را هدایت می کرد باقی نمانده بود.

تقریبا بلافاصله، جهان دوباره تغییر کرد. انرژی که منجر به انبساط شدید شد شروع به تبدیل شدن به ماده کرد. این انرژی به یک سوپ داغ و متراکم از ذرات اساسی تبدیل شد. این سوپ شامل کوارک‌ها و گلوئون‌هایی بود که امروزه اجزای سازنده ماده هستند. جهان به انبساط و سرد شدن ادامه داد. حدود 10 میلیونم ثانیه بعد، کوارک ها و گلوئون ها به پروتون ها و نوترون های سازنده اتم ها پیوستند.

همه اینها در اولین ثانیه از خط زمانی جهان ما اتفاق افتاد. در همان ثانیه، جهان از کوچکتر از یک الکترون به بیش از 100 تریلیون مایل (161 تریلیون کیلومتر) عرض رشد کرد.

انبساط فوق‌العاده سریع در آغاز تورم نامیده می‌شود و تئوری آن آغاز انفجار بزرگ است. این دوره زمانی است که دانشمندان با استفاده از تلسکوپ های SPT و BICEP به دنبال درک آن هستند.

یکی از سیگنال‌ها یا قابل مشاهده‌های اصلی که دانشمندان برای درک جهان اولیه از آن استفاده می‌کنند، پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) نام دارد. تقریبا 380000 سال پس از اولین ثانیه از جهان منتشر شد. در آن هزاران سال، پروتون ها و نوترون ها شروع به ترکیب شدن در هسته های اولیه اتم کردند. پروتون‌ها و نوترون‌های آزاد نور و گرما را پراکنده کردند و نحوه حرکت تابش را محدود کردند. جهان مات بود، مثل یک لیوان آب پرتقال.

پس از مدتی، این هسته ها شروع به تشکیل اتم ها، عمدتا هیدروژن کردند. بر خلاف گاز یونیزه شده توسط پروتون ها و نوترون های آزاد، این اتم های هیدروژن تابش را پراکنده نمی کنند. در عوض، آن گرما و نور فرار کرد. در نتیجه، جهان از حالت مات به شفاف تبدیل شد، جایی که نور می‌توانست آزادانه حرکت کند.

CMB هنوز هم وجود دارد. در واقع، حاوی اکثریت قریب به اتفاق فوتون ها (ذرات نور) در جهان است. چگالی انرژی آن بیشتر از تمام نوری است که تاکنون توسط ستاره ها ایجاد شده است. پس چرا ما نمی توانیم آن را با چشمان خود یا حتی قوی ترین تلسکوپ های نوری ببینیم؟

همانطور که جهان به انبساط خود ادامه داده است، CMB نیز رشد کرده است. یک لحاف بزرگ را تصور کنید. به جای قرار گرفتن در بالای تشک، در سراسر آن یکپارچه شده است. لحاف CMB است و تشک جهان است. همانطور که تشک کیهان در هر جهت منبسط شد، لحاف نیز گسترش یافت. وقتی لحاف بزرگ شد، دراز شد. همانطور که لحاف ساخته شده از نور ما کشیده می شود، طول موج آن طولانی تر و طولانی تر می شود.

هنگامی که طول موج های نور گسترش می یابد، آنها به سمت پایین طیف الکترومغناطیسی حرکت می کنند، از نور مرئی به نور مادون قرمز (آنچه ما به عنوان گرما احساس می کنیم) به امواج مایکروویو و سپس امواج رادیویی. CMB امروزی همان نور اولیه است که تا حد امواج مایکروویو کشیده شده است. به جای روشن کردن آسمان شب، CMB به عنوان ضعیف ترین گرمای پس زمینه باقی می ماند که فقط با تلسکوپ های رادیویی قابل تشخیص است.

از زمانی که دانشمندان برای اولین بار CMB را در دهه 1960 شناسایی کردند، اخترفیزیکدانان آن را به عنوان "تصاویر کودک" جهان (یا با استعاره لحاف ما، "پتوی کودک" آن) مطالعه کردند.

یکی از مهمترین جنبه های CMB یکنواختی آن است. در سراسر جهان، این تابش پس زمینه درست زیر 3 کلوین است. (از آنجایی که واحدهای مقیاس کلوین و سلسیوس قدر یکسان هستند، این برابر با 3 درجه سانتیگراد است.) این بدان معناست که جسمی که بین کهکشانها در تاریکی شناور است هرگز نمی تواند زیر 3 کلوین بیفتد، زیرا CMB آن را تا این حد گرم نگه می دارد.

اما امواج کوچکی در لحاف CMB ما وجود دارد. این امواج اطلاعات مهمی در مورد آن دوره اولیه تورم ارائه می دهند. در طول تورم، انرژی که باعث انبساط شد، دارای نوسانات کوانتومی بود. اینها سوسوهایی در میزان انرژی در هر نقطه از فضا بودند. با تغییر جهان، این تغییرات به تغییرات جزئی در سوپ کوارک ها و گلوئون ها تبدیل شدند. هنگامی که CMB ظهور کرد، این تفاوت ها منجر به تغییرات در دمای CMB شد.

علاوه بر دما، تغییرات جزئی در جهت گیری نور CMB نیز وجود دارد. در همان لحظات اولیه، میدانی که گرانش را ایجاد می کند در حال شکستن بود. در ترکیب با انبساط کیهان، دانشمندان انتظار دارند که این فرآیند امواج گرانشی ایجاد کند - موج‌های ضعیفی در فضا-زمان. روند تورم تنها رویدادی است که احتمالا می تواند سیگنال این امواج گرانشی اولیه را تقویت کند. اگر دانشمندان بتوانند آنها را شناسایی کنند، شواهد محکمی در حمایت از تورم خواهد بود.

کیمی وو، استادیار مؤسسه فناوری کالیفرنیا می‌گوید: «این یکی از راه‌هایی است که می‌توانیم گرانش را در این مقیاس‌های بسیار شدید درک کنیم». "این واقعیت که می تواند امواج گرانشی اولیه وجود داشته باشد به این معنی است که در اوایل کسری از ثانیه زمانی که جهان نوسانات کوانتومی بود، گرانش کار می کرد."

مانند نوسانات کوانتومی، این امواج اثر خود را در CMB به جا می گذاشتند. اما به جای تفاوت های جزئی در دما، این اثر در جهت گیری نور است. قطبش نور جهت گیری نور در مقایسه با نحوه انتشار آن است. با توجه به نحوه پراکندگی فوتون ها هنگام تشکیل CMB، قطبش CMB تقریبا کاملا یکنواخت است. اینکه چگونه "کاملا" تغییر می کند می تواند نشانه ای از امواج گرانشی اولیه باشد.

اصلا اندازه‌گیری قطبش دستاورد بزرگی بود. جان کارلستروم در تمام دوران حرفه ای خود به مطالعه این پدیده پرداخته است. او در حال حاضر استاد دانشگاه شیکاگو و همچنین مدیر SPT است. او پروژه تداخل سنج مقیاس زاویه ای درجه را در قطب جنوب رهبری کرد که قطبش CMB را در سال 2002 شناسایی کرد.

او گفت: "ما با یک تیم کوچک در اطراف نشسته بودیم و به کامپیوترمان نگاه می کردیم. همان طور که پیش بینی می شد، اوج ها و تکان هایی وجود داشت." ما فقط به آن خیره شده بودیم و این فوق العاده بود."

انجام آن کشف حوزه جدیدی از تحقیقات را باز کرد. در آن زمان، اخترفیزیکدانان تازه شروع به بررسی این ایده کردند که جهان با سرعت بیشتری در حال انبساط است (به نام «انرژی تاریک»). آنها همچنین اطلاعات جدیدی در مورد ماده مرموز به نام ماده تاریک به دست می آوردند.

همانطور که برد بنسون، فیزیکدان آزمایشگاه شتاب دهنده ملی فرمی (Fermilab) DOE گفت: "جهان به دلیل انرژی تاریک و ماده تاریک از بسیاری جهات بسیار عجیب تر از آن چیزی بود که ما انتظار داشتیم. ما می خواستیم اندازه گیری های بهتری انجام دهیم و این مدل را آزمایش کنیم و ببینیم که آیا هنوز در کنار هم قرار دارد یا خیر."

به نظر می رسد که قطب جنوب بهترین مکان برای این "اندازه گیری های بهتر" است. برای اندازه گیری CMB، تلسکوپ های رادیویی باید طول موج ها را در مقیاس میلی متری اندازه گیری کنند. ارتفاع زیاد، اکوسیستم بیابانی و جو نازک قطب جنوب، آن را به یکی از بهترین نقاط جهان برای انجام این کار تبدیل کرده است. در واقع، جامعه بین المللی قطب جنوب را به عنوان منطقه "رادیویی آرام" تعیین کرده است تا سودمندی آن برای نجوم رادیویی حفظ شود.

قطب جنوب مکانی منحصر به فرد برای دانشمندان برای انجام تحقیقات نیز است. پس از پرواز به نیوزلند، دانشمندان تجهیزات حجیمی را که برای مقاومت در برابر آب و هوای بی‌رحمانه نیاز دارند، برمی‌دارند. از آنجا، برنامه قطب جنوب ایالات متحده آنها را با هواپیماهای نظامی به قاره و سپس از طریق هواپیماهای توربوپراپ مجهز به اسکی به قطب جنوب می برد.

لیندسی بلیم، فیزیکدان آزمایشگاه ملی آرگون در DOE، در سال‌های 2008 و 2014 از ایستگاه بازدید کرد. او گفت: "قطب جنوب شگفت‌انگیز است. این دنیای عجیبی است که بر فراز یک قاره پرواز کنید و متوجه شوید که هیچ انسانی تا به حال در این مکان‌ها راه نرفته است."

در عین حال، خشکی، ارتفاع و حرکت عجیب خورشید بر بدن دانشمندان ویرانی وارد می کند.

کارلستروم در توصیف تابستان قطب جنوب گفت: «ساعت شما واقعا با این واقعیت که خورشید همیشه در حال طلوع است به هم می‌ریزد».

حتی برای دانشمندانی که به عنوان "زمستان گذران" شناخته می شوند، سخت تر است. در طول زمستان هیچ هواپیمایی به داخل و خارج ایستگاه پرواز نمی کند. افرادی که در رصدخانه کار می کنند ماه ها با شرایط بسیار سختی روبرو هستند.

وو گفت: "این واقعا یک تلاش تیمی است تا همه این اتفاق بیفتد." "من بسیار قدردان مسابقات زمستانی خود هستم که مطمئن می شوند آزمایش های ما در آن زمان اجرا می شود."

مهم نیست چه فصلی است، محیط زیست نگهداری تلسکوپ را دشوار می کند. رطوبت بسیار کم منجر به پتانسیل بیشتری برای شوکه کردن خود و وسایل الکترونیکی می شود. کار با دستکش و دستکش، ساده ترین کارها را به تمرین صبر تبدیل می کند. برف می تواند انباشته شود و تداخل ایجاد کند. قرار گرفتن در یک محیط از راه دور، گرفتن قطعات را دشوارتر می کند.

امی بندر، فیزیکدان در Argonne می گوید: «شما باید طوری برنامه ریزی کنید که اساسا آن را در فضا قرار می دهید. "شما نمی توانید برای خرید قطعات در فروشگاه سخت افزار بروید."

برای گرفتن داده ها در قطب جنوب، دانشمندان به انواع تلسکوپ های تخصصی تکیه می کنند. بندر گفت: "هر کاری که ما انجام می دهیم 100٪ سفارشی است." آشکارسازها - که همه توسط ما ساخته شده‌اند. توسط ما طراحی شده‌اند. توسط ما ساخته شده و سپس توسط ما کار می‌کنند. که بسیار سرگرم کننده است.

دریافت صحیح فناوری برای اطمینان از داده های قابل اعتماد و دقیق ضروری است.

زیشان احمد، دانشیار دانشگاه استنفورد و محقق آزمایشگاه ملی شتابدهنده DOE در DOE گفت: "شما این فوتون ها را از CMB دارید که 13.8 میلیارد سال در حال سفر بوده اند. شغل من آخرین میکروثانیه این سفر است." "اگر این میکروثانیه آخر را اشتباه بگیریم، 13.8 میلیارد سال شما کمکی به شما نکرده است."

تلسکوپ قطب جنوب: تلسکوپ قطب جنوب یکی از بهترین تلسکوپ های جهان برای گرفتن داده بر روی CMB است. آینه ای به قطر 10 متر (33 فوت) دارد و اندازه گیری ها را عمدتا در طول موج میلی متری (یا مایکروویو) انجام می دهد. اندازه آینه آن به تصاویر SPT اجازه می دهد مقیاس های دقیقه قوسی را تشخیص دهند. این وضوح همان وضوح چشم انسان است، اگرچه برای نور نامرئی. این دستگاه همچنین دارای ده ها هزار آشکارساز فوق حساس است.

بلیم می‌گوید: «با این داده‌های با وضوح بالا، ما می‌توانیم علوم واقعا هیجان‌انگیزی انجام دهیم.

SPT در حال حاضر در حال سومین ارتقای عمده خود است. از آنجایی که دانشمندان ابتدا آن را در سال 2007 نصب کردند، بررسی ها را در سال 2011 (دوربین اصلی SPT-SZ) و 2016 (SPTpol) به پایان رساندند.

در حال حاضر از دوربین SPT-3G استفاده می کند که برای بررسی مناطق وسیعی از آسمان فوق العاده است. داده های کم نویز و با وضوح بالا برای تهیه نقشه های قطبش CMB عالی هستند.

دانشمندان همچنین از SPT برای شناسایی بیش از 7000 خوشه کهکشانی استفاده کرده اند. این کشف بینش های بیشتری را در مورد ماده تاریک و انرژی تاریک ارائه می دهد.

همکاری BICEP: نه چندان دور از SPT آرایه BICEP قرار دارد. این مجموعه از تلسکوپ ها در گرفتن داده های مربوط به سیگنال های امواج گرانشی اولیه تخصص دارند. دانشمندان آن را طوری طراحی کردند که عمیقا به بخش های کوچکی از آسمان نگاه کند. مانند SPT، اطلاعات مربوط به تشعشعات مایکروویو را جمع آوری می کند.

مجموعه فعلی تلسکوپ های BICEP نسل پنجم در این سایت است. اولین تلسکوپ BICEP در سال 2006 شروع به گرفتن داده ها کرد. در حال حاضر، BICEP3 و BICEP Array در حال گرفتن داده هستند.

تلسکوپ های فضایی: آخرین ابزار ضروری برای جمع آوری داده ها در مورد قطبش CMB در واقع در فضا قرار داشتند. ماهواره پلانک از سال 2009 تا 2013 توسط آژانس فضایی اروپا اداره می شد. علاوه بر داده های عالی در مورد CMB، پلانک اطلاعاتی در مورد "غبارآلودگی" راه شیری جمع آوری کرد، که برای دانشمندانی که سعی می کنند سیگنال های مخلوط شده با قطبش CMB را مرتب کنند، ضروری است. برخی از مطالعات همچنین از داده های سایر تلسکوپ های فضایی نیز استفاده کردند.

هنگامی که دانشمندان داده‌های این ابزارها را در دورترین نقاط زمین و فراتر از آن جمع‌آوری کردند، روی مجموعه‌ای از الگوها به نام «حالت‌های B» تمرکز کردند.

اگر امواج گرانشی اولیه وجود داشته باشند، یک الگوی خفیف و بسیار خاص در قطبش CMB ایجاد می کنند. این یک الگوی متفاوت از موج های خفیف دما خواهد بود. الگوی قطبش - که حالت های B نامیده می شود - نسبت به مشاهدات قبلی شواهد بسیار بیشتری برای نظریه تورم ارائه می دهد.

Bleem می‌گوید: «اگر بتوانیم این حالت‌های B را قوی تشخیص دهیم، پس ضد گلوله است.

از سوی دیگر، اگر دانشمندان نتوانند شواهدی از حالت های B موج گرانشی اولیه پیدا کنند، می توانند برخی از مدل های تورم را حذف کنند. آنها ممکن است نیاز به تجدید نظر در مدل داشته باشند یا به طور کلی در مورد جایگزین ها فکر کنند.

علاوه بر حالت های B در قطبش CMB، مواردی نیز وجود دارد که دانشمندان آن را حالت های E می نامند. مانند موج‌های دما، حالت‌های E از نوسانات چگالی فضازمان در ابتدای جهان به وجود می‌آیند.

هر دو حالت E و B بسیار ضعیف تر از امواج در دمای CMB هستند. حالت E تنها یک دهم قدرت ناهمواری دما است و حالت‌های B حتی ضعیف‌تر هستند.

احمد گفت: "ما در اینجا در کسب و کار انجام یک اندازه گیری فوق العاده دقیق هستیم. این اساسا چند نانوکلوین بالاتر از 2.725 [درجه] CMB است." این مانند اندازه گیری ارتفاع کوهی است که 10 کیلومتر (6.2 مایل) ارتفاع دارد، اما فضای خطای آن کمتر از ارتفاع یک ورق کاغذ است.

تشخیص الگوی ضعیف به اندازه کافی سخت است. اما البته، سخت تر هم می شود.

به عنوان مثال، بسیاری از منابع دیگر تابش وجود دارد که می توان آنها را با حالت B اشتباه گرفت. "گرد و غبار" از کهکشان راه شیری خودمان که نور را قطبی می کند، موضوع خاصی است.

حتی بدتر از آن، حالت‌های E وجود دارند که خود را به عنوان حالت B پنهان می‌کنند. به طور معمول، دانشمندان می توانند تفاوت بین حالت های E و B را بر اساس نوع الگو تشخیص دهند. شما می توانید حالت های E را مانند خطوط مستقیم تصور کنید، در حالی که حالت های B چرخشی هستند.

اما همانطور که تابش CMB در سراسر جهان پخش شد، فوتون های موجود در آن با چگالی بیش از حد و کم تر ساختارهای بزرگ برهم کنش کردند. هنگامی که فوتون های CMB از چنین ساختارهای بزرگی عبور می کردند، گرانش نور را منحرف کرد. در نتیجه، برخی از نورها در حال حاضر متفاوت از آنچه در گذشته بود، به نظر می رسد.

برای تلسکوپ‌های نوری که عکس می‌گیرند، این لنز گرانشی به‌صورت کهکشان‌هایی که اعوجاج به نظر می‌رسند نشان داده می‌شود. در نجوم رادیویی، برخی از حالت‌های CMB E را به حالت‌های B تبدیل می‌کند. این حالت‌های B بسیار قوی‌تر به شلوغی‌هایی می‌افزایند که دانشمندان باید برای پیدا کردن آن‌هایی که با امواج گرانشی اولیه مرتبط هستند، مرتب کنند.

با بازگشت به استعاره لحاف CMB، الگوهای زیادی را روی لحاف خود تصور کنید. دیدن همه آنها سخت است زیرا لحاف شما بسیار صاف و یکدست است. برخی از الگوها برجسته تر هستند - ناهمواری در دما و حالت های E در قطبش. همچنین پارچه دیگری در بالای لحاف شما وجود دارد که اصلا بخشی از آن نیست - اینها سیگنال های پیش زمینه از کهکشان راه شیری هستند.

در نهایت، شما به دنبال یک الگوی بسیار ظریف هستید - حالت های B از امواج گرانشی اولیه. متأسفانه، در حالی که لحاف شما در حال کشیده شدن بود، برخی از الگوهای حالت E به نحوی تغییر شکل دادند، بنابراین اکنون دقیقا شبیه حالت‌های B شما هستند.

همه این مسائل چالش بزرگی را برای دانشمندانی که در تلاش برای یافتن حالت‌های B پیچیده هستند، ایجاد می‌کند.

خوشبختانه، اخترفیزیکدانان گزینه هایی دارند. برخی از تلسکوپ‌ها می‌توانند داده‌ها را با فرکانس‌های متعدد (رنگ‌ها) بگیرند، در حالی که برخی دیگر می‌توانند داده‌ها را با وضوح‌های مختلف بگیرند.

دانشمندان با استفاده از دوربین‌هایی که کوچک و فشرده هستند، در حال کار برای تشخیص درجه‌ای از حالت‌های موج گرانشی اولیه در مقیاس زاویه‌ای هستند. برای به حداکثر رساندن اثربخشی، چهار تلسکوپ آرایه BICEP دارای عدسی هایی با قطر نیم متر (1.6 فوت) و دوربین هایی هستند که داده ها را در پنج فرکانس مختلف دریافت می کنند.

بندر می‌گوید: «تلسکوپ‌های BICEP کاملا بهینه‌سازی شده‌اند تا ساده‌ترین، محدودترین و تمیزترین سیستماتیکی را که ممکن است داشته باشند، داشته باشند. با این حال، وضوح محدود آرایه، میزان تشخیص و تصحیح حالت‌های B آلوده کننده «لنز» را محدود می‌کند.

در مقابل، آینه های بسیار بزرگ SPT وضوح فوق العاده ای به آن می دهد. در نتیجه، SPT می‌تواند داده‌هایی را در حالت‌های E که به حالت‌های B تبدیل شده‌اند، جمع‌آوری کند. اما این اندازه همچنین دستیابی به سیستماتیک فوق العاده تمیز آرایه BICEP را در مقیاس های زاویه ای درجه دشوار می کند.

بلیم گفت: «این مثل یک ازدواج است. BICEP حساسیت شدیدی در مقیاس‌های بزرگ دارد و SPT می‌تواند این نقشه‌های لنز گرانشی فوق‌العاده را ایجاد کند، بدون آن BICEP توسط سیستماتیک کاملا محدود می‌شود. آنها با هم می‌توانند به اهداف مورد نظر دست یابند.

داده‌های تلسکوپ‌های فضایی هرشل و پلانک نیز داده‌های مهمی در مورد پیش‌زمینه‌های کهکشانی و نقشه‌های ماده مسئول عدسی‌دهی حالت‌های E ارائه کرده‌اند.

تلسکوپ های مختلف همچنین به محققان این امکان را می دهند که نتایج خود را در مقابل یکدیگر بررسی کنند.

وو گفت: "اگر سیگنالی وجود دارد، باید بتوانید آن را در هر دو مکان ببینید." "اینها راههای بسیار خوبی برای بررسی واقعی بودن ادعای شناسایی هستند."

دانشمندان اولین گام‌های خود را برای شناسایی سیگنال B-mode در سال 2013 برداشتند، سالی که پلانک اولین نقشه تمام آسمان خود را از CMB منتشر کرد.

تشخیص اولیه: تقریبا در همان زمان، دوربین جدید آن زمان SPT (SPTpol) اولین تشخیص هر حالت B را انجام داد. (بخش هایی از SPT در Argonne ساخته شد.) با استفاده از گیرنده ای که برای اندازه گیری قطبش CMB ساخته شده بود، دانشمندان داده هایی را در هر دو حالت E و B جمع آوری کردند.

سپس فیزیکدانان از داده‌های تلسکوپ فضایی هرشل برای ترسیم ساختارهای مقیاس بزرگ در کیهان استفاده کردند که می‌توانستند حالت‌های E را در مسیر خود به سمت زمین "خم" کنند. این داده‌ها به آن‌ها اجازه می‌داد تا پتانسیل عدسی را محاسبه کنند – اینکه حالت‌های E در طول زمان چقدر تغییر کرده‌اند. مانند این است که به دنبال چه شیئی باشید که یک لحاف به آن گیر کرده است تا بفهمید که کشش چگونه می تواند روی الگوی آن تأثیر بگذارد. آنها از مرکز محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی، یک مرکز کاربر دفتر علوم DOE، برای انجام محاسبات استفاده کردند.

کارلستروم به یاد می آورد: «توانایی برای اندازه گیری آن سیگنال برای اولین بار... بسیار هیجان انگیز بود. او در توصیف اینکه چگونه داده ها به سمت او پریدند، گفت: "مثل کا بام بود."

این مطالعه اولیه نشان داد که دانشمندان می‌توانند حالت‌های B را از لنزهای گرانشی از امواج گرانشی اولیه جدا کنند. مقاله این تکنیک را به عنوان یک "راه امیدوارکننده" توصیف می کند.

یک انحراف کوتاه: در حالی که اولین تشخیص حالت های B یک گام بزرگ به جلو بود، اعلام بعدی با چالش هایی روبرو شد.

در مارس 2014، تیم آزمایش BICEP2 اعلام کرد که حالت های B را از امواج گرانشی اولیه شناسایی کرده است. بر اساس سه فصل داده‌های BICEP2، آنها یک پیش‌چاپ بدون بازبینی در وب‌سایت دانشگاهی arXiv منتشر کردند. (این یک روش معمول برای مقالات فیزیک است.)