W ciągu następnej dekady kosmolodzy będą próbowali obserwować pierwsze momenty Wszechświata, mając nadzieję na udowodnienie popularnej teorii. Będą poszukiwać niezwykle słabych fal grawitacyjnych do pomiaru pierwotnego światła, szukając przekonujących dowodów na Kosmiczną Teorię Inflacji, która sugeruje, że przypadkowa, mikroskopijna fluktuacja gęstości w strukturze przestrzeni i czasu zrodziła Wszechświat w gorącym wielkim huk około 13,7 miliarda lat temu. Nowy instrument o nazwie polarymetr jest dołączany do Teleskopu Bieguna Południowego (SPT), który działa na falach submilimetrowych, między mikrofalami a podczerwienią w widmie elektromagnetycznym. Teoria ogólnej teorii względności Einsteina przewiduje, że kosmiczna inflacja powinna wytwarzać słabe fale grawitacyjne.
Teoria inflacji proponuje okres niezwykle szybkiej i wykładniczej ekspansji Wszechświata w pierwszych kilku chwilach przed bardziej stopniową ekspansją Wielkiego Wybuchu, podczas której gęstość energii wszechświata była zdominowana przez kosmologiczny stały rodzaj energii próżni, który później rozpadł się, by wytworzyć materię i promieniowanie wypełniające magazyn kosmiczny.
W 1979 r. Fizyk Alan Guth zaproponował Kosmiczną Teorię Inflacji, która przewiduje także istnienie nieskończonej liczby wszechświatów. Niestety kosmolodzy nie mają możliwości przetestowania tej konkretnej prognozy.
„Ponieważ są to odrębne wszechświaty, z definicji oznacza to, że nigdy nie możemy mieć z nimi żadnego kontaktu. Nic, co się tam dzieje, nie ma na nas wpływu ”- powiedział Scott Dodelson, naukowiec z Fermi National Accelerator Laboratory i profesor astronomii i astrofizyki na uniwersytecie w Chicago.
Ale istnieje sposób na zbadanie ważności kosmicznej inflacji. Zjawisko to spowodowałoby dwie klasy zaburzeń. Po pierwsze, wahania gęstości cząstek subatomowych następują w sposób ciągły w całym wszechświecie, a naukowcy już je obserwowali.
„Zwykle odbywają się w skali atomowej. Nawet ich nie zauważamy - powiedział Dodelson. Ale inflacja natychmiast rozciągnąłaby te zaburzenia na kosmiczne proporcje. „To zdjęcie faktycznie działa. Możemy obliczyć, jak powinny wyglądać te zaburzenia, i okazuje się, że dokładnie mają rację, tworząc galaktyki, które widzimy we wszechświecie. ”
Druga klasa zaburzeń to fale grawitacyjne - zniekształcenia einsteinowskie w przestrzeni i czasie. Fale grawitacyjne byłyby również promowane do proporcji kosmicznych, być może nawet wystarczająco silnych, aby kosmolodzy mogli je wykryć za pomocą czułych teleskopów dostrojonych do właściwej częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego.
Jeśli nowy polarymetr jest wystarczająco czuły, naukowcy powinni być w stanie wykryć fale.
„Jeśli wykryjesz fale grawitacyjne, wiele mówi ono o inflacji w naszym wszechświecie” - powiedział John Carlstrom z University of Chicago, który opracował nowy instrument. Carlstrom powiedział, że wykrycie fal wykluczałoby różne konkurencyjne pomysły na pochodzenie wszechświata. „Jest ich mniej niż kiedyś, ale nie przewidują, że masz tak ekstremalny, gorący wybuch, tę fluktuację kwantową, na początek”, powiedział. Nie wytwarzaliby też fal grawitacyjnych na wykrywalnych poziomach.
Symulacja tego połączenia przedstawia zniekształcenia w przestrzeni i czasie w skali subatomowej, będące wynikiem fluktuacji kwantowych zachodzących w sposób ciągły w całym wszechświecie. Pod koniec symulacji kosmiczna inflacja zaczyna rozciągać czasoprzestrzeń do kosmicznych proporcji wszechświata.
Kosmolodzy wykorzystują SPT w swoich dążeniach do rozwiązania tajemnicy ciemnej energii. Siła odpychająca, ciemna energia rozsuwa wszechświat i przytłacza grawitację, przyciągającą siłę wywieraną przez całą materię.
Ciemna energia jest niewidoczna, ale astronomowie są w stanie zobaczyć jej wpływ na gromady galaktyk, które powstały w ciągu ostatnich kilku miliardów lat.
SPT wykrywa kosmiczne promieniowanie mikrofalowe (CMB), poświatę Wielkiego Wybuchu. Kosmolodzy wydobyli fortunę danych z CMB, które reprezentują potężne bębny i rogi kosmicznej symfonii. Ale teraz społeczność naukowa ma uszy nastawione na dźwięki subtelniejszego instrumentu - fal grawitacyjnych - które stanowią podstawę CMB.
„Mamy te kluczowe elementy do naszego obrazu wszechświata, ale tak naprawdę nie wiemy, co fizycznie wytwarza którykolwiek z nich”, powiedział Dodelson o inflacji, ciemnej energii i równie tajemniczej ciemnej materii. „Celem następnej dekady jest identyfikacja fizyki”.
Źródło: University of Chicago
