Jakieś 13, 8 miliarda lat temu, tuż przed Wielkim Wybuchem, ogromny, wypełniony galaktyką wszechświat, jaki znamy dzisiaj, był zawarty w maleńkim, gęstym, niezwykle gorącym punkcie. Nagle zaczął gwałtownie rozszerzać się szybciej niż prędkość światła podczas kataklizmicznej eksplozji. Wszechświat urósł z rozmiaru subatomowego do rozmiaru piłki golfowej w niezrozumiale krótkim ułamku sekundy.
powiązana zawartość
- Słuchanie Wielkiego Wybuchu
- Jak dwa gołębie pomogły naukowcom potwierdzić teorię Wielkiego Wybuchu
- Co astronomowie wciąż odkrywają na temat teorii Wielkiego Wybuchu
Ta najwcześniejsza chwila ekspansji, znana jako kosmiczna inflacja, wyjaśnia, dlaczego wszechświat jest stosunkowo jednorodny (na przykład galaktyki, które powstały podczas ochłodzenia wszechświata, wydają się rozproszone równomiernie, o ile teleskop widzi), a także wyjaśnia ziarna gęstości które dały początek strukturze wszechświata.
To ładna historia, ale przez dziesięciolecia po tym, jak zaproponowali ją fizycy, nasze dowody są ograniczone. Nasz główny sposób badania Wielkiego Wybuchu - słabe promieniowanie pozostałe po eksplozji zwane kosmicznym mikrofalowym tłem (CMB) - datuje się na około 380 000 lat później, a nie na samą chwilę.
Znaczący nowy dowód pojawił się dziś rano, gdy grupa naukowców kierowana przez astronoma Johna Kovaca z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ogłosiła, że znaleźli pośrednie dowody fal grawitacyjnych - niewielkie zniekształcenia pola grawitacyjnego wszechświata - które były uwolniony podczas inflacji, ułamek sekundy po Wielkim Wybuchu. Jeśli wynik jest prawidłowy, fale służą jako potwierdzenie inflacji.
„Inflacja to„ huk ”Wielkiego Wybuchu”, mówi fizyk teoretyczny Alan Guth, który zaproponował teorię kosmicznej inflacji w 1979 r. „To mechanizm, który spowodował, że wszechświat wszedł w okres gigantycznej ekspansji”.
Kilku fizyków, którzy nie brali udziału w badaniach, miało szansę ocenić surowe dane i zgadzają się z analizą. „Jest bardzo prawdopodobne, że to prawda” - mówi Avi Loeb, fizyk teoretyczny z Harvard-Smithsonian Center, zauważając, że naukowcy spędzili trzy lata analizując dane, aby wyeliminować wszelkie szanse na błąd.
Robert W. Wilson, który w 1978 roku podzielił Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie kosmicznego tła mikrofalowego, zgadza się i uważa, że jeśli zostanie to potwierdzone, praca z pewnością zdobędzie Nagrodę Nobla. Loeb twierdzi, że odkrycie to byłoby jednym z najważniejszych odkryć fizycznych w ciągu ostatnich 15 lat - większym niż odkrycie Bozonu Higgsa.
Podczas inflacji, pokazanej z lewej strony, wszechświat rozszerzył się o wiele rzędów wielkości w ułamku sekundy. (Zdjęcie przez NASA) Obecność wykrywalnych fal grawitacyjnych - często określanych jako „zmarszczki w strukturze czasoprzestrzeni” - jest przewidywana przez teorię inflacji. Guth twierdzi, że istniejące wcześniej wahania siły grawitacji w skali mikroskopowej zostałyby rozciągnięte przez inflację, wytwarzając fale makroskopowe.
Dokładny charakter fal zależy od dokładnego momentu wystąpienia inflacji. „Wykrywanie to nie tylko wskazuje, że inflacja miała miejsce”, mówi Loeb, „ale także informuje nas, kiedy to miało miejsce”: 10–34 (przecinek dziesiętny, po którym następują 33 zera, a następnie jedna) sekundy po rozpoczęciu Wielkiej Huk.
Grupa badawcza, w skład której weszli również Clement Pryke z University of Minnesota, Jamie Bock z Caltech i Chao-Lin Kuo ze Stanford, nie znalazła samych fal grawitacyjnych, ale raczej pośredni ich dowód w postaci specjalnego wzoru polaryzacja wywołana przez fale w kosmicznym tle mikrofalowym. „Nasz zespół poszukiwał specjalnego rodzaju polaryzacji zwanej trybami B, która reprezentuje wzór skręcania lub zwijania się w spolaryzowanych orientacjach starożytnego światła”, powiedział Bock w oświadczeniu prasowym.
Naukowcy zebrali te dane za pomocą teleskopu BICEP2, stacjonującego na Antarktydzie, gdzie zimne, suche powietrze ogranicza interferencje z atmosfery ziemskiej w słabym kosmicznym sygnale tła mikrofalowego. BICEP2 to jeden z zestawów identycznych teleskopów poszukujących tej sygnatury, zwany tablicą Keck. Istnieje również sąsiadujący Teleskop Bieguna Południowego, który zgłosił dane wskazujące na obecność polaryzacji w trybie B w CMB zeszłego lata. Instrument ten nie został jednak zaprojektowany do wykrywania polaryzacji w skali wytwarzanej przez fale grawitacyjne, więc prawdopodobnie wynikał z interferencji odległych galaktyk, przez które CMB przepłynął przed dotarciem do Ziemi.
Teleskop BICEP-2 (białe naczynie po prawej stronie) wraz z Teleskopem Bieguna Południowego (po lewej). (Zdjęcie za pośrednictwem projektu BICEP-2) Nadal nie jest do końca jasne, czy zespół BICEP2 wykrył polaryzację w trybie B, która w rzeczywistości jest ostatecznym dowodem fal grawitacyjnych. Dalsze potwierdzenie będzie musiało pochodzić z danych zebranych przez satelitę Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej (która obserwuje kosmiczne tło mikrofalowe pod znacznie szerszym kątem), która ma zostać opublikowana pod koniec lata.
Jeśli to prawda, znalezisko to stanowiłoby długą drogę do ratyfikacji teorii inflacji. „Obecność tej polaryzacji, wywołanej falami grawitacyjnymi, jest ostatnią wielką rzeczą przewidywaną przez inflację”, mówi Wilson. „Daje ci to coraz większą pewność, że to naprawdę właściwy scenariusz”.
Odzwierciedlałoby to także coś naprawdę zadziwiającego: najstarszy dowód, jaki posiadamy absolutnie na wszystko.
„Nie można użyć kosmicznego tła mikrofalowego, aby dowiedzieć się, co wydarzyło się we wczesnym, wczesnym wszechświecie” - mówi Loeb. Przez pierwsze 380 000 lat fale elektromagnetyczne tworzące CMB nie mogły swobodnie przepływać przez przestrzeń kosmiczną. „Jeśli spojrzymy na fale grawitacyjne, możemy cofnąć się niemal do samego początku”.
