Astronomowie korzystający ze zdalnie sterowanego obserwatorium znajdującego się na pustyni w Chile stworzyli najdokładniejsze jak dotąd obrazy najstarszego światła wyemitowanego we Wszechświecie, dostarczając niezależnego potwierdzenia kontrowersyjnych hipotez na temat początków materii i energii.

Przesuwając naprzód możliwości technologiczne, instrument CBI (Cosmic Background Imager, Badacz Kosmicznego Tła) ufundowany przez Narodową Fundację Naukową (National Science Foundation, NSF) i Kalifornijski Instytut Technologiczny (California Institute of Technology, Caltech), odkrył niewielkie fluktuacje w kosmicznym promieniowaniu mikrofalowym, które podróżowało przez prawie 14 miliardów lat zanim dotarło do Ziemi. Sporządzona mapa pokazuje pierwsze “ziarna” materii i energii, które później wyewoluowały w gromady setek galaktyk.

Badania dostarczyły również niezależnego potwierdzenia dyskutowanej od dawna teorii inflacji, w myśl której Wszechświat przeszedł przez okres gwałtownej ekspansji w pierwszych chwilach swojego istnienia. Mniej więcej 300 tysięcy lat później ochłodził się on do tego stopnia, że powstały pierwsze zalążki współczesnej materii, a on sam stał się przezroczysty dla światła. CBI obserwował pozostałości tego dawnego promieniowania. Zebrane dane umożliwiają także uczonym zdobycie informacji o tajemniczej odpychającej sile zwanej ciemna energią, która przeciwdziała grawitacji i powoduje, że Wszechświat rozszerza się obecnie coraz szybciej.

Są to badania bardzo podstawowe, dokładne i bardzo ekscytujące” – powiedziała Rita Colwell, dyrektor NSF. “Każdy nowy obraz wczesnego Wszechświata udoskonala nasz model mówiący, jak to wszystko się zaczęło. Dzięki profesjonalizmowi techników oraz cierpliwości i wytrwałości badaczy, nasza wiedza o początkach istnienia rozszerza się, podobnie jak Wszechświat“.

Po raz pierwszy zobaczyliśmy ziarna, które dały początek gromadom galaktyk. Umieszcza to teorie ich powstawania na solidnych obserwacyjnych podstawach” – powiedział Anthony Readhead, kierownik zespołu z Caltech. “Te obserwacje mają nieosiągalną dotąd rozdzielczość i dają możliwość przeprowadzenia testów, które są decydujące dla kosmologii oraz dostarczają nowego, niezależnego dowodu, że Wszechświat jest płaski i zdominowany przez ciemną materię i ciemną energię“.

Readhead, wraz ze współpracownikami z Caltech: Steve’m Padinem i Timothy’m Pearsonem oraz innymi z Kanady, Chile i USA, przeprowadził najdokładniejsze jak dotąd pomiary mikrofalowego promieniowania tła. Jest ono pozostałością pierwszych fotonów, które powstały w szybko stygnącym Wszechświecie około 300 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu (uważanym za początek istnienia Wszechświata).

Dane z CBI przedstawiające rozkład temperatury w promieniowaniu tła wspierają teorię będącą modyfikacją klasycznej teorii Wielkiego Wybuchu. Ta modyfikacja nazywana jest teorią inflacji. Mówi ona, że w ciągu pierwszych 10-32 sekundy swojego istnienia Wszechświat przeszedł przez okres bardzo szybkiego rozszerzania się. Fluktuacje temperatury, które udało się zaobserwować dzięki CBI są rzędu 10 milionowych części stopnia.

Przez zbadanie rozkładu tej temperatury, uczeni pokazali, że dane z CBI są zgodne z teorią inflacji i potwierdzają wcześniejsze odkrycia innych uczonych. W kwietniu 2000 roku międzynarodowy zespół kosmologów kierowany przez Andrew Lange’a z Caltech ogłosił pierwszy dowód mówiący, że Wszechświat jest płaski. Jego geometria ma tę własność, że narysowane w niej linie równoległe nie oddalają się, ani nie zbliżają się do siebie (jest tak na przykład na dwuwymiarowej płaszczyźnie, ale już nie na powierzchni sfery, gdzie rolę linii równoległych odgrywają “południki”, czyli koła wielkie zbiegające się w “biegunach”). Swoje obserwacje Lange przeprowadzał na innej długości fali niż CBI, z balonu latającego ponad Antarktydą.

Od tego czasu dwie inne grupy, używające niezależnych metod, potwierdziły ich wyniki mówiące o bardzo niewielkich wahaniach w temperaturze mikrofalowego promieniowania tła. Cztery instrumenty przeprowadziły precyzyjne pomiary parametrów, których kosmologowie od dawna używają do opisu wczesnego Wszechświata. Każde z tych badań zbliżało uczonych do ostatecznych odpowiedzi dotyczących wczesnego Wszechświata.

CBI składa się z 13 interferometrów zamontowanych na mającej 6 metrów średnicy platformie. Pracują one w zakresie od 26 do 36 GHz. Położone są na najsuchszej pustyni na Ziemi – Atacama. Do prowadzenia obserwacji CBI wykorzystuje tam zalety niskiej wilgotności punktu położonego ponad 5000 metrów nad poziomem morza.

Autor

Michał Matraszek