Около 13, 8 миллиардов лет назад, прямо перед Большим взрывом, огромная, заполненная галактиками вселенная, которую мы знаем сегодня, была заключена в крошечную, плотную, чрезвычайно горячую точку. Внезапно он начал быстро расширяться быстрее скорости света в результате катастрофического взрыва. Вселенная выросла от субатомного размера до размера мяча для гольфа за непостижимо короткую долю секунды.
Связанный контент
- Прослушивание Большого взрыва
- Как два голубя помогли ученым подтвердить теорию большого взрыва
- Что астрономы все еще открывают в теории Большого взрыва
Этот самый ранний момент расширения, известный как космическая инфляция, объясняет, почему Вселенная является относительно однородной (например, галактики, которые образовались при охлаждении Вселенной, похоже, разбросаны равномерно, насколько может видеть телескоп), а также объясняют семена плотности. это дало начало структуре вселенной.
Это хорошая история, но в течение десятилетий после того, как физики предложили ее, наши доказательства этого были ограничены. Наше главное средство изучения Большого взрыва - слабое излучение, оставшееся от взрыва, называемое космическим микроволновым фоном (CMB), - датируется примерно 380 000 лет спустя, а не самим моментом.
Значительное новое доказательство появилось сегодня утром, когда группа ученых во главе с астрономом Джоном Ковачем из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики объявила, что они нашли косвенные доказательства гравитационных волн - незначительных искажений в гравитационном поле вселенной - которые были развязанный во время инфляции, крошечная доля секунды после Большого взрыва. Если результаты верны, волны служат подтверждением инфляции.
«Инфляция - это« взрыв »Большого взрыва, - говорит физик-теоретик Алан Гут, предложивший в 1979 году теорию космической инфляции. - Именно этот механизм заставил вселенную вступить в этот период гигантского расширения».
Несколько физиков, которые не участвовали в исследовании, имели возможность оценить необработанные данные, и они согласны с анализом. «Очень, очень вероятно, что это реально», - говорит Ави Леб, физик-теоретик из Гарвард-Смитсоновского центра, отмечая, что исследователи потратили три года на анализ данных, чтобы исключить любую вероятность ошибки.
Роберт В. Уилсон, который поделился Нобелевской премией 1978 года по физике за открытие космического микроволнового фона, соглашается и полагает, что в случае подтверждения работы почти наверняка получат Нобелевскую премию. По словам Лоэба, это открытие станет одним из самых важных физических открытий за последние 15 лет - больше, чем открытие бозона Хиггса.
Во время инфляции, показанной слева, вселенная расширилась на много порядков в размере за доли секунды. (Изображение через НАСА) Наличие обнаруживаемых гравитационных волн, часто называемых «рябью в ткани пространства-времени», предсказывается теорией инфляции. Гут говорит, что существовавшие ранее колебания силы тяжести в микроскопическом масштабе были бы растянуты инфляцией, создав макроскопические волны.
Точная природа волн зависит от точного момента, когда произошла инфляция. «Это обнаружение не только указывает на то, что инфляция имела место, - говорит Лоеб, - но также говорит нам, когда это произошло»: 10 -34 (десятичная точка, за которой следуют 33 нуля, а затем одна) секунды после старта Большой взрыва.
Исследовательская группа, в которую также входили Клемент Прайк из Университета Миннесоты, Джейми Бок из Калифорнийского технологического института и Чао-Лин Куо из Стэнфорда, не обнаружила сами гравитационные волны, а, скорее, косвенные доказательства их, в виде особой модели поляризация, вызванная волнами на космическом микроволновом фоне. «Наша команда искала особый тип поляризации, называемый B-модами, который представляет собой скручивание или скручивание в поляризованных ориентациях древнего света», - сказал Бок в заявлении для прессы.
Исследователи собирали эти данные с помощью телескопа BICEP2, расположенного в Антарктиде, где холодный сухой воздух ограничивает помехи от атмосферы Земли в слабом космическом микроволновом фоновом сигнале. BICEP2 - это один из набора идентичных телескопов, ищущих эту подпись, который называется Keck Array. Есть также соседний Южный Полюс Телескоп, который сообщил данные, которые указали на наличие поляризации B-моды в CMB прошлым летом. Этот инструмент, однако, не был предназначен для обнаружения поляризации в масштабе, создаваемом гравитационными волнами, поэтому он, скорее всего, стал результатом вмешательства далеких галактик, через которые прошел CMB до достижения Земли.
Телескоп BICEP-2 (белая тарелка справа) и телескоп Южного полюса (слева). (Изображение через проект BICEP-2) До сих пор не совсем ясно, что команда BICEP2 обнаружила поляризацию B-моды, которая на самом деле является окончательным доказательством гравитационных волн. Дополнительное подтверждение необходимо будет получить из данных, собранных спутником Планка Европейского космического агентства (которое наблюдает космический микроволновый фон под гораздо более широким углом), который должен быть выпущен в конце лета.
Однако, если это правда, находка будет иметь большое значение для ратификации теории инфляции. «Наличие этой поляризации, вызванной гравитационными волнами, является последней большой вещью, предсказанной инфляцией», - говорит Уилсон. «Это дает вам еще большую уверенность в том, что это действительно правильный сценарий».
Это также отражало бы нечто поистине поразительное: самое древнее из имеющихся у нас свидетельств абсолютно всего.
«Вы не можете использовать космический микроволновый фон, чтобы выяснить, что произошло в ранней, ранней вселенной», - говорит Леб. В течение первых 380 000 лет электромагнитные волны, составляющие CMB, не могли свободно проходить через пространство. «Если мы сможем взглянуть на гравитационные волны, мы сможем вернуться почти к самому началу».
