Astronomom pracującym w projekcie BICEP2 udało się po raz pierwszy zarejestrować pierwotne mody B polaryzacji Mikrofalowego Promieniowania Tła. Wynik ten jest pierwszym bezpośrednim pomiarem mogącym potwierdzić początkową inflację Wszechświata. Odkrycie to łączy się także z pierwotnymi falami grawitacyjnymi, o których sądzi się, że wypełniały bardzo młody Wszechświat.

Najważniejszym obiektem pomiarów kosmologicznych jest Mikrofalowe Promieniowanie Tła (ang. Cosmic Microwave Background, CMB). Powstało około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, w momencie, w którym swobodne elektrony połączyły się z protonami, tworząc atomy wodoru. W wyniku tego światło nie było już rozpraszane na naładowanych cząstkach i mogło rozchodzić się swobodnie.

W ciągu ostatnich dwóch dekad CMB zostało zbadane bardzo dokładnie przez misje kosmiczne COBE, WMAP i Planck. Odpowiada ono promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze około 2,7 kelwina i jest zadziwiająco jednorodne. Odstępstwa od tej temperatury są rzędu 10 mikrokelwinów. CMB jest jednak zbyt jednorodne – miejsca niepołączone przyczynowo nie powinny mieć takiej samej temperatury. Aby uznać dwa miejsca za przyczynowo połączone, światło musiało mieć dość czasu, żeby dotrzeć od jednego z nich do drugiego.

Inflacja została po raz pierwszy zaproponowana w 1980 roku przez Alana Gutha oraz Andreja Linde i dzisiaj jest powszechnie przyjmowanym sposobem rozwiązania tego problemu. W chwili, gdy Wszechświat był bardzo młody – około 10^-35 s po Wielkim Wybuchu – przeszedł przez fazę gwałtownej ekspansji, zwiększając swoją wielkość o czynnik 10^80 w ułamku sekundy. W związku z tym obserwowalny Wszechświat powstał w przyczynowo połączonym obszarze, zatem ma prawo być jednorodny.

Ponieważ CMB to po prostu światło, wykazuje więc wszystkie własności światła, w szczególności polaryzację. Rozróżniane są dwa typy modów polaryzacji: E i B. Mody E niosą podobną informację jak zwykłe fluktuacje w temperaturze CMB, związane ze niejednorodnościami w rozkładzie materii wczesnego Wszechświata. Są dość silne i zostały zaobserwowane już dawno, między innymi przez satelitę WMAP. W zeszłym roku zostały odkryte przez South Pole Telescope (Teleskop Bieguna Południowego) tak zwane nie-pierwotne mody B, będące efektem soczewkowania grawitacyjnego Promieniowania Tła na gromadach galaktyk i strukturze wielkoskalowej Wszechświata.

Jak powstają różne mody polaryzacji: zaburzenia gęstości (na górze) i fale grawitacyjne (na dole) generują różne rodzaje polaryzacji Promieniowania Tła (po prawej).

Ze względu na ekstremalne warunki, w trakcie inflacji mogą powstać także fale grawitacyjne. Poruszając się, fale grawitacyjne ściskają i rozciągają przestrzeń oraz powinny pozostawić swój ślad w Mikrofalowym Promieniowaniu Tła w postaci pierwotnych modów B polaryzacji. Skręcony wzór modów B jest unikalnym znacznikiem fal grawitacyjnych.

Właśnie odkrycie tych modów B polaryzacji CMB ogłosiła wczoraj na konferencji prasowej kolaboracja BICEP2. Zespół zajmował się skalami na niebie od 1 do 5 stopni. Do swoich badań wykorzystali teleskop zbudowany na biegunie południowym, ze względu na to, że jest to jedno z najsuchszych i posiadających najczystsze niebo miejsc, zatem idealne do obserwacji słabej poświaty Wielkiego Wybuchu.

Teleskop BICEP na biegunie południowym.

Zespół był zaskoczony odkryciem modów B znacznie silniejszych niż spodziewane przez wielu kosmologów. Analiza danych trwała ponad trzy lata, aby wykluczyć wszelkie możliwe błędy. Rozpatrywano także, czy pył z naszej Galaktyki mógł przyczynić się do powstania takiego wzoru, ale z danych wynika, że jest to bardzo mało prawdopodobne. Jak stwierdził Clem Pryke, jeden z liderów projektu – “To było poszukiwanie igły w stogu siana, ale zamiast tego znaleźliśmy łom

Większość naukowców zgadza się, że jest to bardzo ważny i przełomowy wynik. Po raz pierwszy w związku z inflacją coś zmierzono, zamiast jedynie znaleźć górne ograniczenie na wielkość jakiegoś efektu. Dodatkowo, zmniejszono dostępny zakres niektórych parametrów modeli inflacyjnych oraz kwantowej grawitacji. Część naukowców wyraża pewne wątpliwości w związku z tymi danymi – przede wszystkim nie tylko kosmiczna inflacja mogła spowodować powstanie takiego wzoru, chociaż jest najbardziej prawdopodobnym źródłem. Oprócz tego w danych widać pewne odstępstwa od zakładanego modelu inflacji. Publikacja musi jeszcze przejść proces recenzji w jednym z czasopism naukowych, dobrze by było także mieć niezależne potwierdzenie tego wyniku. Może się do tego przyczynić satelita Planck, którego kolejne wyniki spodziewane są w tym roku.

Należy zauważyć, że nie jest to pierwsze niebezpośrednie potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych. W 1993 roku Russell Hulse i Josph Taylor otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie pulsara w układzie podwójnym, którego okres orbitalny zmniejszał się w wyniku emisji fal grawitacyjnych.

Autor

Grzegorz Gajda

Komentarze

  1. bardek    

    Nie koniecznie… — To wcale nie musi świadczyć o zajściu inflacji, ale może o zajściu innego procesu przyśpieszonej ekspansji. Mowa o tzw. Urela (ultra-relativistic acceleration), której opis bazuje na zupełnie innych przesłankach – grawitacji dualnej. Oto pierwszy artykuł z eseju poświęconego grawitacji dualnej – poniżej link. W Bloggerze.pl znajdują się dwa blogi tego samego autora: “Niekonwencjonalna wizja Wszechświata” i “Niekonwencjonalna kosmologia”. Gorąco polecam, choć z góry uprzedzam, że będzie sporo niespodzianek. Teoria ta generuje mnóstwo antycypacji, częściwo potwierdzonych (na potwierdzenie pozostałych trzeba zaczekać). Wyjaśnia np. pociemnienie supernowych, wraz z matematycznym modelem, zgodnym z obserwacją (absolutnie nie ciemna energia); przewiduje (wraz ze wstępnym modelem matematycznym) utra-relatywistyczny ruch neutrin. To cały spójny system.
    Samo odkrycie, o którym mowa w tej notce właściwie potwierdza słuszność całej koncepcji.
    By wejść do blogów wystarczy otworzyć poniższy link.

    Autor, Józef Gelbard, jest fizykiem

    http://madan945.blogspot.co.il/2013/08/dualny-charakter-grawitacji.html

  2. bardek    

    Kontynuacja — “Powstało około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu”
    Samo promieniowanie nie powstało 380 tys. lat po WW. W tym czasie nastąpiło tzw. rozprzężenie, rozdzielenie materii substancjalnej i promieniowania. Gdyby promieniowanie to powstało dopiero wtedy, to dokonanie tego odkrycia nie byłoby możliwe.

    “CMB jest jednak zbyt jednorodne – miejsca nie połączone przyczynowo nie powinny mieć takiej samej temperatury. Aby uznać dwa miejsca za przyczynowo połączone, światło musiało mieć dość czasu, żeby dotrzeć od jednego z nich do drugiego.”
    Nie koniecznie. Wszechświat był samouzgodniony. Doktryna lokalności tu nie musi obowiązywać. Inflacja wcale nie była potrzebna, by promieniowanie to było jednorodne. Problem horyzontu jest problemem pozornym, bazującym na paradygmacie, że równanie Friedmanna jest jedynym sposobem opisu Wszechświata.
    Warto zajrzeć do wskazanych przeze mnie prac Gelbarda.

    “w trakcie inflacji mogą powstać także fale grawitacyjne”
    Jeśli obserwacja rzeczywiście potwierdza istnienie fal grawitacyjnych, to tym potwierdzona jest dualność grawitacji przewidywana przez Gelbarda. Nie można bowiem oczekiwać wykrycia fal grawitacyjnych, jeśli grawitacja jest wyłącznie przyciąganiem (wbrew pochopnym pobożnym życzeniom). Rzeczywiście, zgodnie z teorią Gelbarda, sam WW polegał na odpychaniu elementów struktury bardzo małego tworu “krystalicznego” o nazwie Panelsymon. Nie chodzi więc o inflację. Chodzi o dualność grawitacji w obiekcie bardzo skondensowanym.

    Znów zachęcam do lektury artykułów w Bloggerze lub do zakupu książek autora.

    1. putin    

      a cóż to za bzdury? — Temperatura w moim polskim piecu jest taka sama jak w amarykańskim.

      1. putin    

        przepłaszam… — w moim ruskim piecu oczywiście.

        1. bardek    

          Czytałeś? — Do ewentualnych bzdur należy ustosunkować się rzeczowo. Może wtedy wybiorę Twoje racje. A jeśli chcesz trollować, to gadaj ze sobą.

        2. putin    

          za trudne było? — To masz prostszą analogię:
          czy na Andromedzie trójkąt o bokach:
          3,4,5 jest też prostokątny – jak tu u nas na Ziemi?

  3. bardek    

    Leć sobie — Raz-putin, nie bałtaj. Leć na Andromedę, sprawdź i powiadom o wynikach. Drogą akustyczną.

    1. putin    

      bardzo odporny jesteś — Metody bezpośrednie były konieczne przed wynalezieniem rozumu.

      Zafajdany św. Tomasz się znalazł.

Komentarze są zablokowane.