Planck

Czym był satelita Planck?

Planck to misja Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), wystrzelona 14 maja 2009 roku razem z teleskopem Herschel (obie sondy wystartowały razem rakietą Ariane 5). Satelita działał do stycznia 2012 roku (LFI) i do stycznia 2012 roku (HFI – chłodziwo wyczerpane), wykonując cztery pełne przeglądy nieba z punktu L2 układu Ziemia-Słońce. Głównym zadaniem Plancka bylo wyznaczenie z maksymalną precyzją anizotropii kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB) – delikatnych wahań temperatury (amplituda ok. 10^-5 K) pozostałych po epoce rekombinacji ok. 380 000 lat po Wielkim Wybuchu. Nazwa satelity upamiętnia Maxa Plancka, ojca mechaniki kwantowej i twórcę prawa promieniowania ciała doskonale czarnego.

Instrumenty Plancka: LFI (Low Frequency Instrument, 30-70 GHz, HEMT receivers) i HFI (High Frequency Instrument, 100-857 GHz, bolometry chłodzone do 0,1 K). Temperatura detektorów HFI: 0,1 K – najzimniejsze znane miejsce we Wszechświecie podczas działania misji. Rozdzielczość kątowa: do 5 minut łukowych w zakresie 100 GHz. Planck dostarczył najbardziej precyzyjnych parametrów kosmologicznych standardowego modelu LCDM: wiek Wszechświata 13,82 miliarda lat; stała Hubble’a H0 = 67,4 km/s/Mpc; gestosc barionów 4,9% krytycznej gęstości; ciemna materia 26,8%; ciemna energia 68,3%. Planck zmierzył tez nieoczekiwane 'anomalie’ CMB na dużych skalach kątowych (niska kwadrupolowa i oktopolowa amplituda, alignment of low multipoles zw. 'Osią Zła’), których statystyczna istotność i kosmologiczne znaczenie są nadal dyskutowane. Mapowanie pyłu: Planck stworzył najbardziej szczegółowe mapy emisji pyłu Drogi Mlecznej w FIR i submilimetrach – używane m.in. do oceny zanieczyszczenia sygnału CMB przez pył (kluczowe dla BICEP2 vs. Planck kontrowersji 2014-2015 dot. modów B).

Wyniki Plancka a napięcia kosmologiczne: wartość H0 z Plancka (67,4 km/s/Mpc) jest w statystycznej sprzeczności (4-5 sigma) z wartościami z lokalnych pomiarów cefeidami+supernowymiIa (73,0 km/s/Mpc, pomiary SH0ES, Freedman). To Hubble Tension – jeden z największych otwartych problemów kosmologii. Czy wymaga nowej fizyki poza LCDM (ciemna energia zmienna w czasie, dodatkowe neutrina, modyfikowana grawitacja), czy jest błędem systematycznym – nierozstrzygnięte. Przyszłe misje CMB: Simons Observatory (Chile, 2024), CMB-S4 (ground, 2030), LiteBIRD (JAXA, ok. 2028) mają poprawić precyzję o rzędy wielkości i definitywnie zmierzyć polaryzację modów B z inflacji. Stała Plancka h = 6,626 x 10^-34 J*s jest fundamentalną stałą mechaniki kwantowej – nie dotyczy bezpośrednio satelity, lecz od 2019 roku oficjalnie definiuje kilogram w układzie SI przez powiązanie z precyzyjnie wyznaczoną wartością h.