Takie dni sprawiają, że bycie astrofizykiem jest interesujące. Z jednej strony BICEP2 ogłasza, że długo podejrzewana teoria inflacyjnego Wielkiego Wybuchu jest prawdziwa. To rodzaj odkrycia, który sprawia, że chcesz złapać przypadkowych ludzi z ulicy i powiedzieć im, jak niesamowitą rzeczą jest Wszechświat. Z drugiej strony jest to dokładnie ten moment, w którym powinniśmy być spokojni i odeprzeć twierdzenia jednego zespołu badawczego. Weźmy więc głęboki oddech i spójrzmy na to, co wiemy, a czego nie.
Po pierwsze, rozwińmy kilka plotek. Najnowsze badania nie są pierwszymi dowodami fal grawitacyjnych. Pierwszy pośredni dowód na istnienie fal grawitacyjnych został znaleziony w rozpadzie orbitalnym podwójnego pulsara przez Russella Hulse i Josepha Taylora, za który zostali nagrodzeni nagrodą Nobla w 1993 roku. To nowe dzieło nie jest również pierwszym odkryciem polaryzacji w kosmicznej mikrofalówce tło, a nawet pierwsza obserwacja polaryzacji w trybie B. Ta nowa praca jest ekscytująca, ponieważ znajduje dowody na określoną formę polaryzacji w trybie B z powodu pierwotny fale grawitacyjne. Rodzaj fal grawitacyjnych, które byłyby spowodowane przez inflację tylko w najwcześniejszych momentach Wszechświata.
Należy również zauważyć, że ta nowa praca nie została jeszcze sprawdzona. Tak będzie i najprawdopodobniej przejdzie zbiorem, ale dopóki tego nie zrobimy, powinniśmy być nieco ostrożni co do wyników. Nawet wtedy te wyniki będą musiały zostać zweryfikowane przez inne eksperymenty. Na przykład dane z teleskopu kosmicznego Planck powinny być w stanie potwierdzić te wyniki, zakładając, że są one prawidłowe.
To powiedziawszy, te nowe wyniki są naprawdę bardzo interesujące.
Zespół dokonał analizy tak zwanej polaryzacji w trybie B w kosmicznym tle mikrofalowym (CMB). Fale świetlne oscylują prostopadle do ich kierunku ruchu, podobnie jak fale wodne oscylują w górę iw dół podczas ich przemieszczania się po powierzchni wody. Oznacza to, że światło może mieć orientację. W przypadku światła z CMB ta orientacja ma dwa tryby, znane jako E i B. Polaryzacja w trybie E jest spowodowana fluktuacjami temperatury w CMB i została po raz pierwszy zaobserwowana w 2002 r. Przez interferometr DASI.
Polaryzacja w trybie B może wystąpić na dwa sposoby. Pierwszy sposób wynika z soczewkowania grawitacyjnego. Pierwszy wynika z soczewkowania grawitacyjnego w trybie E. Kosmiczne tło mikrofalowe, które widzimy dzisiaj, podróżowało przez ponad 13 miliardów lat, zanim do nas dotarło. Podczas swojej podróży część z nich minęła wystarczająco blisko galaktyk i tym podobnych, aby zostać poddana grawitacji. To soczewkowanie grawitacyjne nieco przekręca polaryzację, nadając niektórym z nich polaryzację w trybie B. Ten typ zaobserwowano po raz pierwszy w lipcu 2013 r. Drugi sposób jest spowodowany falami grawitacyjnymi z wczesnego okresu inflacyjnego wszechświata. Gdy pojawił się okres inflacji, wytworzył on fale grawitacyjne w skali kosmicznej. Tak jak soczewki grawitacyjne wytwarzają polaryzację w trybie B, tak pierwotne fale grawitacyjne wytwarzają efekt w trybie B. Odkrycie polaryzacji pierwotnej fali w trybie B zostało ogłoszone dzisiaj.
Inflacja została zaproponowana jako powód, dla którego kosmiczne tło mikrofalowe jest tak samo jednorodne. Widzimy niewielkie wahania w CMB, ale nie duże gorące lub zimne punkty. Oznacza to, że wczesny Wszechświat musiał być wystarczająco mały, aby umożliwić wyrównanie temperatur. Ale CMB jest tak jednorodny, że obserwowalny wszechświat musiał być znacznie mniejszy niż przewidywany przez Wielki Wybuch. Jeśli jednak Wszechświat doświadczyłby gwałtownego wzrostu wielkości we wczesnych momentach, wszystko by się udało. Jedynym problemem było to, że nie mieliśmy bezpośrednich dowodów na inflację.
Zakładając, że te nowe wyniki utrzymają się, teraz to robimy. Co więcej, wiemy, że inflacja była silniejsza niż się spodziewaliśmy. Siła fal grawitacyjnych jest mierzona w wartości znanej jako r, gdzie większa jest silniejsza. Stwierdzono, że r = 0,2, co jest znacznie wyższe niż oczekiwano. Na podstawie wcześniejszych wyników z teleskopu Plancka oczekiwano, że r <0,11. Wydaje się, że w związku z wcześniejszymi ustaleniami jest trochę napięcia. Są sposoby, w jakie można rozwiązać to napięcie, ale tylko jak należy to ustalić.
Tak więc praca ta nadal wymaga oceny i musi zostać potwierdzona przez inne eksperymenty, a następnie należy rozwiązać napięcie między tym wynikiem a wcześniejszymi wynikami. Jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim naprawdę zrozumiemy inflację. Ale ogólnie jest to naprawdę ważna wiadomość, być może nawet godna nagrody Nobla. Wyniki są tak silne, że wydaje się całkiem jasne, że mamy bezpośredni dowód kosmicznej inflacji, co stanowi ogromny krok naprzód. Przed dniem dzisiejszym dysponowaliśmy fizycznymi dowodami z czasów, gdy wszechświat miał około sekundy, w czasie, gdy nastąpiła nukleosynteza. Dzięki temu nowemu wynikowi jesteśmy w stanie sondować Wszechświat, gdy miał mniej niż 10 trylionów bilionów sekundy drugiego.
Co jest całkiem niesamowite, kiedy się nad tym zastanowić.
