Asi před 13, 8 miliardami let, těsně před Velkým třeskem, obrovský vesmír naplněný galaxií, který dnes známe, byl obsažen v malém, hustém a velmi horkém místě. Najednou se při kataklyzmatickém výbuchu rychle rozrostlo rychleji než rychlost světla. Vesmír rostl ze subatomické velikosti na velikost golfového míče v nepochopitelně krátkém zlomku sekundy.
Související obsah
- Poslech Velkého třesku
- Jak dva holubi pomohli vědcům potvrdit teorii velkého třesku
- Co astronomové stále objevují o teorii velkého třesku
Tento nejranější okamžik expanze, známý jako kosmická inflace, vysvětluje, proč je vesmír relativně jednotný (galaxie, které se vytvořily, když se vesmír ochladil, se zdají být rozptýleny rovnoměrně, jak vidí teleskop) a také vysvětlují semena hustoty to dalo vznik vesmírné struktuře.
Je to pěkný příběh, ale po celá desetiletí poté, co to navrhli fyzici, byly naše důkazy omezené. Náš hlavní prostředek ke studiu Velkého třesku - slabé záření, které zbylo z exploze zvané kosmické mikrovlnné pozadí (CMB) - se datuje asi 380 000 let poté, místo samotného okamžiku.
Dnes ráno se objevil významný nový důkaz, když skupina vědců vedená astronomem Johnem Kovacem z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku oznámila, že našli nepřímé důkazy gravitačních vln - nepatrné zkreslení v gravitačním poli vesmíru - to byly během inflace se uvolnil, zlomek vteřiny po Velkém třesku. Pokud je nález správný, vlny slouží jako potvrzení nafouknutí.
„Inflace je„ třesk “Velkého třesku, “ říká teoretický fyzik Alan Guth, který v roce 1979 navrhl teorii kosmické inflace. „Je to mechanismus, který způsobil, že vesmír vstoupil do tohoto období gigantické expanze.“
Několik fyziků, kteří se nezúčastnili výzkumu, měli šanci posoudit nezpracovaná data a souhlasí s analýzou. „Je velmi pravděpodobné, že je to skutečné, “ říká Avi Loeb, teoretický fyzik v Harvard-Smithsonianově centru, a poznamenal, že vědci strávili tři roky analýzou dat, aby vyloučili jakoukoli šanci na chybu.
Robert W. Wilson, který sdílel Nobelovu cenu za fyziku z roku 1978 za objev objevu kosmického mikrovlnného pozadí, souhlasí a je přesvědčen, že pokud bude potvrzena, je práce téměř jistá, že získá Nobelovu cenu. Loeb říká, že nález bude jedním z nejdůležitějších objevů fyziky za posledních 15 let - větší než objev Higgsova bosona.
Během inflace, znázorněné zcela vlevo, se vesmír rozrostl o mnoho řádů velikosti za zlomek sekundy. (Obrázek přes NASA) Přítomnost detekovatelných gravitačních vln - často označovaných jako „vlnky ve struktuře časoprostoru“ - je předpovězena teorií inflace. Guth říká, že by existující fluktuace gravitační síly v mikroskopickém měřítku byly nataženy inflací a vytvořily makroskopické vlny.
Přesná povaha vln závisí na přesném okamžiku inflace. „Tato detekce neznamená pouze to, že došlo k inflaci, “ říká Loeb, „ale také nám říká, kdy k ní došlo“: 10 -34 (desetinná tečka následovaná 33 nulami a poté jednu) sekundy po začátku Velké Bang.
Výzkumná skupina, která zahrnovala také Clement Pryke z University of Minnesota, Jamie Bock z Caltech a Chao-Lin Kuo ze Stanfordu, nenašla gravitační vlny samy o sobě, ale spíše nepřímé důkazy o nich ve formě zvláštního vzoru polarizace způsobená vlnami v pozadí kosmického mikrovlnného záření. "Náš tým hledal speciální typ polarizace zvaný B-režimy, což představuje kroucení nebo zvlnění v polarizovaných orientacích starověkého světla, " řekl Bock v tiskovém prohlášení.
Vědci shromáždili tato data pomocí dalekohledu BICEP2 umístěného v Antarktidě, kde chladný suchý vzduch omezuje rušení ze zemské atmosféry na slabém kosmickém mikrovlnném signálu na pozadí. BICEP2 je jeden ze sady identických dalekohledů, které hledají tento podpis, nazvaný Keck Array. K dispozici je také sousední dalekohled na jižním pólu, který loni v létě informoval o údajích, které naznačovaly přítomnost polarizace v režimu B v CMB. Tento nástroj však nebyl navržen tak, aby detekoval polarizaci v měřítku vytvářeném gravitačními vlnami, takže pravděpodobně místo toho vznikl interferencí vzdálených galaxií, kterými CMB prošel před dosažením Země.
Teleskop BICEP-2 (bílá miska vpravo) spolu s dalekohledem jižní pól (vlevo). (Obrázek prostřednictvím projektu BICEP-2) Stále není zcela jasné, že tým BICEP2 detekoval polarizaci v režimu B, což je ve skutečnosti definitivní důkaz gravitačních vln. Další potvrzení bude muset vycházet z údajů shromážděných Planck Satellite Evropské vesmírné agentury (která pozoruje kosmické mikrovlnné pozadí v mnohem širším úhlu), která by měla být uvolněna na konci léta.
Pokud je to pravda, nález by šel dlouhou cestu k ratifikaci teorie inflace. „Přítomnost této polarizace, vyvolaná gravitačními vlnami, je poslední velkou věcí předpovězenou inflací, “ říká Wilson. "To vám dává ještě větší jistotu, že je to opravdu správný scénář."
Odráží také něco skutečně ohromujícího: nejstaršího důkazu, který máme, absolutně o čemkoli.
„Nemůžete použít kosmické mikrovlnné pozadí, abyste zjistili, co se stalo v časném, ranném vesmíru, “ říká Loeb. Prvních 380 000 let nemohly elektromagnetické vlny, které tvoří CMB, volně procházet vesmírem. "Pokud se podíváme na gravitační vlny, můžeme se vrátit až téměř na začátek."
