Το τηλεσκόπιο BICEP2 βρίκε την πρώτη άμεση απόδειξη του κοσμικού πληθωρισμού.

Η Κοσμική εξέλιξη από το Big Bang έως σήμερα

Τα πρώτα στοιχεία για την αρχέγονη πόλωση της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου (CMB) ανιχνεύτηκαν από τους αστρονόμους, που εργάζονται στο τηλεσκόπιο Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization (BICEP2) στο Νότιο Πόλο. Η πόλωση του σήματος ... 

Η πόλωση του σήματος είναι η πρώτη άμεση απόδειξη για τον κοσμικό πληθωρισμό και έχει μετρηθεί με στατιστική βεβαιότητα 3σ. Η αρχέγονη B-mode πόλωση σχετίζεται με αρχέγονα βαρυτικά κύματα που πιστεύεται ότι αφθονούσαν στο πρώιμο σύμπαν.

Οι κοσμολόγοι πιστεύουν ότι όταν το σύμπαν ήταν πολύ νέο - μόλις 10^-34 δευτερόλεπτα μετά το Big Bang - είχε μια περίοδο εξαιρετικά ταχείας διαστολής, γνωστή ως «πληθωρισμός», όταν ο όγκος του αυξήθηκε κατά ένα συντελεστή έως 10^80 σε ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου. Περίπου 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, η CMB - εναπομείνασα θερμότητα από το Big Bang - μπήκε σε λειτουργία. Με τα χρόνια, η CMB έχει μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια, αλλά οι παρατηρήσεις αυτές είχαν προβλήματα : η CMB έδειξε ότι το σύνολο παρατηρήσιμο σύμπαν φαίνεται να είναι ομοιογενές, και ισότροπα, ενώ η φυσική του Big Bang υποδηλώνει ότι θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα καμπύλο και ετερογενές.

Ο πληθωρισμός προτάθηκε για πρώτη φορά το 1980 από τον φυσικό Alan Guth και είναι σήμερα ο καλύτερος τρόπος για να επιλυθούν αυτά τα αινίγματα. Προτείνει ότι ολόκληρο το παρατηρήσιμο σύμπαν προέρχεται από μια μικρή περιοχή που επεκτείνεται με εκθετικούς ρυθμούς, έτσι ώστε ο ορίζοντας έγινε πολύ μεγαλύτερο και ο χώρος θα μπορούσε να είναι επίπεδη. Ο πληθωρισμός επίσης εξυπηρετεί το σκοπό της εξομάλυνσης τυχόν ανισοτροπιών ή καμπυλότητα του χώρου, βάζοντας το σύμπαν σε μια μάλλον απλή κατάσταση που είναι μόνο ελαφρώς διαταραγμένη από κβαντικές διακυμάνσεις. Τέτοιες διακυμάνσεις πιστεύεται ότι έχουν εμφανιστεί σε μια "μικροσκοπική πληθωριστική περιοχή", που τελικά μεγεθύνεται σε κοσμικό μέγεθος, γίνονται οι "σπόροι" για την ανάπτυξη της δομής στο σύμπαν - από τα αστέρια στους γαλαξίες.Υπάρχουν επίσης παραλλαγές σε θερμοκρασία περίπου 100 μΚ στη CMB (που κανονικά είναι σε σταθερή θερμοκρασία 3 Κ), που αποκαλύπτουν τις διακυμάνσεις της πυκνότητας στο πρώιμο σύμπαν.

Ακραίες συνθήκες βαρύτητας

Οι επιστήμονες πιστεύουν επίσης ότι μάλλον ακραίες βαρυτικές συνθήκες επικράτησαν κατά τη διάρκεια της παιδικής ηλικίας του σύμπαντος. Τα γιγάντια αρχέγονα βαρυτικά κύματα θεωρείται ότι έχει μεταδοθεί διαμέσου του σύμπαντος κατά τη διάρκεια των πρώτων στιγμών του πληθωρισμού και αυτό θα δημιουργήσει ένα λεγόμενο κοσμικό υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων. Αυτό το υπόβαθρο βαρυτικών κυμάτων, με τη σειρά του, έχει αφήσει το δικό του αποτύπωμα στην πόλωση της CMB.

Το τηλεσκόπιο BICEP2 έχει κάνει μια
σημαντική ανακάλυψη

Αυτός είναι ο λόγος που οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο ήταν πρόθυμοι να ανιχνεύσουν την αρχέγονη B-mode πόλωση - στοιχεία για τα αρχέγονα βαρυτικά κύματα και έτσι τον πληθωρισμό. Είναι αυτή η πόλωση που ανιχνεύτηκε για πρώτη φορά. Υπάρχει επίσης ένα άλλο παρόμοιο συστατικό γνωστό ως μη-αρχέγονη πόλωση B-mode, η οποία προκαλείται από τον βαρυτικό εστιασμό και εντοπίστηκε πέρυσι από το Τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου (SPT). Υπάρχουν επίσης και άλλες παραλλαγές πόλωσης, γνωστές ως Ε-mode ή παραλλαγές, που περιγράφουν τον τρόπο το μέγεθος που η πόλωση αλλάζει κατά τη διάρκεια της CMB.

Οι επιστήμονες δεν μπορούν να διακρίνουν ανάμεσα στην πόλωση που προκαλείται από τα κύματα βαρύτητας, η οποία έχει ένα στοιχείο τανιστή και που προκλήθηκαν από κύματα πυκνότητας, τα οποία έχουν ένα στοιχείο μονοδιάστατο, απλά κοιτάζοντας τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας του CMB. Επίσης, η αρχέγονη B-mode πόλωση πιστεύεται ότι είναι πολύ ασθενέστερη από ότι την E-mode, γεγονός που καθιστά ακόμη πιο δύσκολο να ανιχνευθούν. Ωστόσο, ορισμένες μετρήσεις για τις γωνίες πόλωσης που μπορεί να ανιχνευθούν σε κάθε σημείο στον ουρανό παρέχει επιπλέον πληροφορίες και επιτρέπει στους επιστήμονες να διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ τανυστή και μονόμετρων μεγεθών, παρέχοντας έτσι τη σχέση "τανιστή-προς-μονόμετρο μέγεθος". Η αναλογία αυτή έχει μετρηθεί με το BICEP2 να είναι 0,20 με στατιστική βεβαιότητα περίπου 3σ. Η πιθανότητα η αναλογία είναι μηδέν αποκλείεται με στατιστική βεβαιότητα 7σ.

Η τιμή των 0,20 θεωρείται ότι είναι σημαντικά μεγαλύτερη από εκείνη, που αναμένεται από προηγούμενες αναλύσεις δεδομένων από τα τηλεσκόπια Planck και WMAP. "Αυτό ήταν σαν να ψάχνει για μια βελόνα σε άχυρα, αλλά αντ' αυτού βρήκαμε ένα λοστό", λέει ο συν-επικεφαλής BICEP2, Clem Pryke του Πανεπιστημίου της Μινεσότα. Ο Craig Hogan, διευθυντής του Fermilab Κέντρο Σωματιδιακής Αστροφυσικής, είπε ότι "Αν επιβεβαιωθεί, θα είναι πραγματικά σημαντική - η ​​πρώτη άμεση απόδειξη όχι μόνο για τον πληθωρισμό, αλλά από τη κβαντική συμπεριφορά του χώρου και του χρόνου. Η εικόνα της πόλωσης. είναι ένα αποτύπωμα λείψανο περίπου ενός ενιαίου κβάντου της ύπαρξης του βαρυτονίου."

Σύμφωνα με την συνεργασία του BICEP2, τα αποτελέσματα δείχνουν ότι "η μακροχρόνια αναζήτηση για τανιστή Β-mode πάει προφανώς καλά και μια νέα εποχή της κοσμολογίας Β-mode έχει αρχίσει".

Πηγή, physicsworld.com

Απόδοση, Δ. Γιάκας