17. marca 2014 so astronomi napovedali zgodovinsko odkritje. Ko so pustili globok pečat v reliktnem sevanju, ki prežema celotno vesolje in nastajalo v začetku časa, so bili gravitacijski valovi pod neposrednim opazovanjem, kar nam je dalo priložnost, da preučimo naravo inflacijskega obdobja, ki pomeni hitro rast našega vesolja takoj po Velikem poku.
Iskanje dodatnih podatkov v prid teoriji kozmične inflacije bi moralo biti zadostno odkritje, toda dejstvo, da imajo astronomi zdaj dokaze v prid obstoju gravitacijskih valov, naredi ta dan sv. Patrika poseben dan za kozmologijo.
Slika »otročjega« vesolja. Zemljevid prikazuje temperature mikrovalovnega ozadja WMAP. Vroče točke - rdeča in hladno modra.
Kaj je torej, gravitacijski valovi? Lahko jih predstavimo kot valove v prostoru-času, ki ustvarjajo množična gibanja gibanja skozi prostor. Predstavljajte si, da ste žogo vrgli v bazen. Razpoke, ki nastanejo zaradi udarca z žogo proti vodi, se bodo razširile od točke udarca v različnih smereh. Gravitacijski valovi delujejo na enak način, toda za razliko od valovanja na površini vode se gravitacijski valovi širijo s svetlobno hitrostjo skozi tridimenzionalni prostor. Enačba teorije splošne relativnosti, ki jo je predstavil Albert Einstein, je napovedala njihov obstoj. Poleg tega je bilo nekaj posrednih opazovanj gravitacijskih valov, ki izplakujejo orbitalno energijo iz binarnih zvezdnih sistemov. Ker smo prostorsko-časovni objekti, moramo biti sposobni zaznati tudi njihovo prisotnost, ko gredo skozi lokalni prostor-čas. Multimilionski eksperimenti, kot je laserski interferometer observatorijskih gravitacijskih valov (LIGO) v Louisiani in Washingtonu, so bili zgrajeni za neposredno zaznavanje gravitacijskih valov, ki se širijo skozi Zemljo. Vendar se je njihovo odkritje doslej izkazalo za nezaslišano.
Teorija velikega poka: Singularnost je izhodišče, ki ji sledi širitev.
Kozmično mikrovalovno ozadje ali CMB je slavni artefakt velikega poka. Ta manjša temperaturna nihanja, ki jih opazujemo na najbolj oddaljenem robu vidnega vesolja, so predstavljala »odmev« o ustvarjanju vesolja in so bila preučevana s pomočjo vesoljskih teleskopov, kot sta NASA Wilkinsonova mikrovalovna anizotropna sonda (WMAP) in observatorij Planck v Evropi. Te opazovalne enote posebej merijo majhne temperaturne motnje (znane kot anizotropije) v CMB in preučujejo informacije o pogojih takoj po Velikem poku in lahko celo ugotovijo starost vesolja. Hitro inflacijsko obdobje predvideva, da se je naše vesolje povečalo za milijardo trilijonov krat v delčku sekunde. Presenetljivo je, da je to vsaka kvantna motnja, ki je obstajala v tistem času, napihnjena čez noč, in astronomi domnevajo, da lahko te drobne strukture opazimo danes v obliki velikih gravitacijskih motenj. Toda pred uporabo projekta BICEP2 so znanstveniki domnevali, da so ti valovi prešibki, da bi jih lahko zaznali. Izkazalo se je, da so bili napačni.
Možne možnosti za konec vesolja
»Bilo je, kako najti iglo v plastu sena, ampak smo našli ostanke,« je dejal projektni vodja BICEP2 Clem Prike s Univerze v Minnesoti.
"Posledice te ugotovitve so presenetljive," je dejal koordinator projekta Jamie Bock, fizik iz Kalifornijskega tehnološkega inštituta in laboratorija Jet Propulsion (JPL). "Merimo signal, ki prihaja od nekdaj."
BICEP2 se nahaja v sušnih atmosferskih razmerah na Antarktiki in ima zelo jasen pogled na prostor. Naprava je zmožna izmeriti polarizacijo šibkega signala iz sevanja ozadja. Na Zemlji lahko sončna svetloba postane polarizirana, če se odbije od ogledala ali ko se filtrira s polariziranimi sončnimi očali (s čimer se zmanjša bleščanje). Sevanje iz starodavnega relikta se lahko polarizira, gravitacijski valovi pa lahko manipulirajo s polarizacijo vpadnega sevanja. Posebno vrsto polarizacije, znano kot »B-polarizacijski način«, je iskal BICEP2, zdaj pa so ga z visoko stopnjo gotovosti odkrili astronomi.
»Vorteksni vzorec polarizacije v B-načinu je edinstven podpis gravitacijskih valov,« pravi Chao -Ling Guo, eden od vodij projektov na Univerzi Stanford in Nacionalnem laboratoriju za pospeševanje.
Današnja napoved se šteje za "odkritje stoletja" in čeprav sta dva dokumenta, ki sta bila danes objavljena, šla le v tisk, je mogoče z gotovostjo reči, da so astronomi "udarili v bik". Ne samo, da ti rezultati potrjujejo teorijo kozmične inflacije in kažejo na prisotnost gravitacijskih valov, temveč jih je mogoče povezati z enim najtežjih problemov v sodobni kvantni fiziki, in sicer, kakšno vlogo ima gravitacija v kvantnem svetu.
