Τηλεσκόπιο «είδε βαρυτικά κύματα της Μεγάλης Έκρηξης»

Εφόσον επιβεβαιωθεί, η ανακάλυψη θα είναι η μεγαλύτερη του αιώνα και πιθανότατα θα βραβευθεί με Νόμπελ

(Πηγή: BICEP)

To BICEP κάτω από το νότιο σέλας. Το τηλεσκόπιο βλέπει το αρχαιότερο φως του Σύμπαντος, τη λεγόμενη ακτινοβολία CBM 

Κέιμπριτζ, Μασαχουσέτη 

Τηλεσκόπιο που λειτουργεί σε βάση του Νότιου Πόλου ανίχνευσε για πρώτη φορά ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο που εμφανίστηκαν μια στιγμή μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, υποστηρίζουν αμερικανοί ερευνητές. Εφόσον επιβεβαιωθεί, η ανακάλυψη θα είναι «η μεγαλύτερη του αιώνα» και πιθανότατα θα βραβευτεί με Νομπέλ, σχολιάζουν ανεξάρτητοι ειδικοί.

Credit: Steffen Richter (Harvard University)
Ο ήλιος δύει πίσω από το BICEP2 (σε πρώτο πλάνο) και το Τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου (στο παρασκήνιο).

Τα σήματα που κατέγραψε το εξειδικευμένο τηλεσκόπιο BICEP στην Ανταρκτική φέρεται να είναι ίχνη από τα λεγόμενα βαρυτικά κύματα, η τελευταία ανεπιβεβαίωτη πρόβλεψη του Αλμπερτ Άινσταϊν.

Η ανίχνευσή τους αφενός θα δικαίωνε τον πατέρα της Σχετικότητας, αφετέρου θα προσέφερε στήριξη στη λεγόμενη θεωρία του πληθωρισμού, σύμφωνα με την οποία το νεογέννητο Σύμπαν πέρασε από μια φάση απότομης διόγκωσης.

Ανακαλύφθηκαν βαρυτικά κύματα τη Μεγάλης Έκρηξης

Αποδεικτικά στοιχεία ότι το σύμπαν επεκτάθηκε γρήγορα στα πρώτα νανοδευτερόλεπτα του, έχουν βρεθεί από ένα μέσο στην Ανταρκτική: Τα βαρυτικά κύματα, τα οποία έχουν από καιρό διαφύγει από τους αστρονόμους, είχαν εντοπιστεί, υποστηρίζουν αυτό το κοσμικό μοντέλο του πληθωρισμού.

Η θεωρία, η οποία προτάθηκε ως εξήγηση για την παρατηρούμενη ομοιογένεια του Σύμπαντος, είναι σήμερα αποδεκτή από τους περισσότερους κοσμολόγους και θεωρητικούς φυσικούς, παραμένει όμως αναπόδεικτη.

Credit: BICEP2 Collaboration

Τα βαρυτικά κύματα από τον πληθωρισμό δημιουργούν ένα αμυδρό αλλά διακριτικό μοτίβο συστροφής στην πόλωση της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, που είναι γνωστή ως «μπούκλα» ή σχέδιο λιτουργίας-Β. Για τις διακυμάνσεις πυκνότητας που παράγουν το μεγαλύτερο μέρος της πόλωσης του CMB, αυτό το μέρος του αρχέγονου προτύπου είναι ακριβώς μηδέν. Εμφανίζεται εδώ είναι το τρέχον σχέδιο λειτουργίας-Β που παρατηρήθηκε με το τηλεσκόπιο BICEP2, το οποίο είναι σύμφωνο με το πρότυπο που προβλέπεται για τα αρχέγονα βαρυτικά κύματα. Τα ευθύγραμμισμένα τμήματα, δείχνουν την δύναμη της πόλωσης και τον προσανατολισμό σε διαφορετικά σημεία στον ουρανό. Η κόκκινη και η μπλε σκίαση, δείχνει τον βαθμό δεξιόστροφης και αριστερόστροφης συστροφής αυτού του προτύπου λειτουργίας-Β.

Τα αποτελέσματα του BICEP δεν έχουν υποβληθεί ακόμα για έλεγχο και δημοσίευση στον επιστημονικό Τύπο, αναρτήθηκαν όμως στην υπηρεσία προδημοσίευσης arXiv. Οι ερευνητές υπολογίζουν μάλιστα την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων σε περισσότερο από πέντε σίγμα, κάτι που σημαίνει ότι η πιθανότητα να οφείλονται τα αποτελέσματα σε καθαρή τύχη είναι μία στα 3,5 εκατομμύρια.

Τα συμπεράσματα των ερευνητών θα πρέπει να επιβεβαιωθούν, ωστόσο «η ομάδα [των ερευνητών] φαίνεται πολύ αξιόπιστη και αυτό που είδαν φαίνεται σαφές» σχολίασε στο New Scientist ο κορυφαίος φυσικός Άλαν Γκουθ του MIT, του οποίου η ομάδα πρότεινε τη θεωρία του πληθωρισμού τη δεκαετία του 1980.

Credit: BICEP2 Collaboration

Οι μικροσκοπικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου (εδώ εμφανίζεται με χρώμα) εντοπίζουν αρχέγονες διακυμάνσεις πυκνότητας στο πρώιμο σύμπαν που έσπειραν τη μεταγενέστερη ανάπτυξη των γαλαξιών. Αυτές οι διακυμάνσεις παράγουν ένα μοτίβο πόλωσης του CMB που δεν έχει καμία συστροφή σε αυτό. Τα βαρυτικά κύματα από τον πληθωρισμό αναμένεται να παράγουν πολύ πιο αμυδρό μοτίβο που περιλαμβάνει τη συστροφή ("λειτουργία") πόλωσης, σύμφωνα με το διάγραμμα που παρατηρείται από το BICEP2, το οποίο παρουσιάζεται εδώ ως μαύρες γραμμές. Τα ευθύγραμμα τμήματα δείχνουν την δύναμη της πόλωσης και τον προσανατολισμό σε διαφορετικά σημεία στον ουρανό.

Ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο

Τα βαρυτικά κύματα είναι θεωρητικές ρυτιδώσεις στον χωροχρόνο οι οποίες διαδίδονται σαν κύμα με την ταχύτητα του φωτός. Η ύπαρξή τους προβλέφθηκε τo 1916 από τονΆινσταϊν ως συνέπεια της Γενικής Σχετικότητας, μέχρι σήμερα όμως δεν έχει επιβεβαιωθεί.

Βαρυτικά κύματα παράγονται θεωρητικά από επιταχυνόμενα αντικείμενα μεγάλης μάζας. Μπορούν για παράδειγμα να παραχθούν από μαύρες τρύπες και άστρα νετρονίων που κινούνται σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο. 

Πρώτες στιγμές της Μεγάλης Έκρηξης διερευνώνται από διαστημικό τηλεσκόπιο

Το παρατηρητήριο Πλανκ του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος έχει παραδώσει πολλές ανακαλύψεις σε 4,5 χρόνια της λειτουργίας του, που κυμαίνονται από το «κατώφλι» του Γαλαξία μας στρις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, 13,82 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Η κίνησή τους προκαλεί παραμορφώσεις στην καμπυλότητα του χωροχρόνου, η οποία μπορεί θεωρητικά να γίνει αντιληπτή στη Γη ως αμυδρή μεταβολή στις διαστάσεις μεγάλων αντικειμένων.

Όμως αυτό που φέρεται να ανίχνευσαν οι ερευνητές του BICEP αφορά τα πρώτα βαρυτικά κύματα που εμφανίστηκαν στο Σύμπαν, γνωστά ως «αρχέγονα» βαρυτικά κύματα.

Τα κύματα αυτά εμφανίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και αρχικά πρέπει να είχαν πολύ μικρό μήκος κύματος. Οι κοσμολόγοι όμως έχουν προβλέψει ότι ο πληθωρισμός, δηλαδή η απότομη διόγκωση του χωροχρόνου που ξεκίνησε 10^-34 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, ουσιαστικά τέντωσε τα βαρυτικά κύματα και αύξησε το μήκος κύματος σε μετρήσιμα μεγέθη.

Πώς λειτουργούν τα βαρυτικά κύματα (Infographic)

Credit: By Karl Tate, Infographics Artist

Οι μετακίνησεις μαζών δημιουργούν κύματα βαρυτικής ακτινοβολίας που εκτείνονται και συμπίεζουν το χωροχρόνο.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν προτείνει, μεταξύ άλλων, ότι οι μάζες στο χώρο στρεβλώνουν τη γεωμετρία του χωροχρόνου. 

Επιπλέον, τα κινούμενα αντικείμενα εκπέμπουν κύματα της βαρυτικής ακτινοβολίας που μεταφέρουν ενέργεια μακριά στο διάστημα.

Η βαρύτητα είναι η πιο αδύναμη από τις θεμελιώδεις δυνάμεις, και οι επιπτώσεις των βαρυτικών κυμάτων είναι επίσης αδύναμες. 

Τα κύματα αποσπούν το διαστημικό "τέντωμα" καθώς περνούν, αλλά το αποτέλεσμα είναι υπο-ατομικά μικρό.

Ιχνη των «τεντωμένων» βαρυτικών κυμάτων

Το BICEP, το οποίο παρατηρεί τον ουρανό στο φάσμα των μικροκυμάτων, φέρεται να είδε τα ίχνη αυτών των «τεντωμένων» βαρυτικών κυμάτων στη λεγόμενη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CBM): το αρχαίο υπόλειμμα μιας λάμψης που γέμισε τα πάντα όταν το νεαρό Σύμπαν έγινε ξαφνικά διαφανές περίπου 380.000 χρόνια μετά τη γέννησή του (σήμερα έχει ηλικία περίπου 13,8 δισ. ετών).

Συγκεκριμένα, το τηλεσκόπιο που βρίσκεται δίπλα στον αμερικανικό Σταθμό Άμουδσεν-Σκοτ στον Νότιο Πόλο, φέρεται να ανίχνευσε ίχνη των βαρυτικών κυμάτων από την πόλωση που προκαλούν στην ακτινοβολία CBM, δηλαδή τη μεταβολή στον προσανατολισμό των κυμάτων της ακτινοβολίας. 

Όπως η ηλιακή ακτινοβολία πολώνεται καθώς σκεδάζεται (εκτρέπεται) από τα άτομα της ατμόσφαιρας, έτσι και η CBM πολώνεται καθώς σκεδάζεται από ηλεκτρόνια που συναντά στοn δρόμο της εδώ και 13,8 δισ. χρόνια. Τα βαρυτικά κύματα θα άλλαζαν το μοτίβο της πόλωσης και θα εμφανίζονταν ως «δίνες» που ονομάζονται B-modes.

Πρακτικά, όμως, η ανίχνευση αυτών των δινών είναι εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση, αφού οι ερευνητές θα έπρεπε να αποκλείσουν τις παραμορφώσεις που προκαλεί η σκόνη στοn γαλαξία μας, η βαρύτητα άλλων γαλαξιών, ή τυχόν λαθών που εισάγει το ίδιο το τηλεσκόπιο.

Οι ερευνητές, όμως, λένε ότι πέρασαν τρία χρόνια αποκλείοντας αυτές τις εναλλακτικές εξηγήσεις.

Κοσμικός πληθωρισμός: Πώς έδωσε το σύμπαν την απόλυτη έναρξη

Credit: By Karl Tate, Infographics Artist

Ο πληθωρισμός είναι η μυστηριώδης δύναμη που ανατίναξε την κλίμακα του συμπαντικού βρέφους από υπο-μικροσκοπικό σε γιγάντιο σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου.

Το 1980, για να εξηγήσει τις συνθήκες που παρατηρούνται στο σύμπαν, ο αστροφυσικός Alan Guth πρότεινε τον κοσμικό πληθωρισμό. 

Ο όρος του πληθωρισμού αναφέρεται στην εκρηκτικά ταχεία επέκταση του χωροχρόνου που συνέβη ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. 

Σε ένα άλλο μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου, ο πληθωρισμός επιβραδύνθηκε σε μια πιο χαλαρή επέκταση που συνεχίζεται μέχρι σήμερα και συνεχίζει να αυξάνεται.

Ισχυρό σήμαΜάλιστα το σήμα που φέρεται να κατέγραψε το BICEP είναι ισχυρότερο από αυτό που προβλέπουν πολλά θεωρητικά μοντέλα, ένα χαρακτηριστικό που ίσως βοηθήσει τους θεωρητικούς φυσικούς να αποκλείσουν ορισμένα μοντέλα του πληθωρισμού.

Επιπλέον, τα αποτελέσματα δείχνουν να βρίσκονται σε συμφωνία με τις προβλέψεις της θεωρίας της ενοποίησης των δυνάμεων, σύμφωνα με την οποία όλες οι φυσικές δυνάμεις (βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ασθενής και ισχυρή πυρηνική δύναμη) είναι εκφάνσεις μιας ενιαίας δύναμης που κυριαρχούσε τις πρώτες στιγμές ζωής του Σύμπαντος.

Θα περάσει όμως καιρός μέχρι να επιβεβαιωθούν τα ευρήματα του BICEP. Περισσότερα στοιχεία ίσως προκύψουν από νέο χάρτη της ακτινοβολίας CBM από το ευρωπαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Planck και το πείραμα Polarbear στη Χιλή.

To-New-Sas

ΠΗΓΗ: tovima.gr , space.com