For ca. 13, 8 milliarder år siden, lige før Big Bang, indeholdt det enorme, galaksefyldte univers, vi kender i dag, inde i et lille, tæt, ekstremt varmt punkt. Pludselig begyndte det hurtigt at udvide sig hurtigere end lysets hastighed i en kataklysmisk eksplosion. Universet voksede fra en subatomær størrelse til størrelsen af en golfbold i en uforståelig kort brøkdel af et sekund.
Relateret indhold
- Lytter til Big Bang
- Hvordan to duer hjalp forskere med at bekræfte Big Bang-teorien
- Hvad astronomer stadig opdager om Big Bang-teorien
Dette tidligste ekspansionsmoment, kendt som kosmisk inflation, forklarer, hvorfor universet er relativt ensartet (galakser, der dannede sig som universet afkølet, for eksempel ser ud til at være spredt jævnt, så langt som teleskopet kan se) og forklarer også frø af tæthed der gav anledning til universets struktur.
Det er en dejlig historie, men i årtier efter at fysikerne foreslog det, har vores bevis for det været begrænset. Vores vigtigste middel til at studere Big Bang - den svage stråling, der er tilbage fra eksplosionen kaldet den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB) - dateres til ca. 380.000 år bagefter i stedet for selve øjeblikket.
Et betydningsfuldt nyt bevis fremkom i morges, da en gruppe videnskabsfolk ledet af astronom John Kovac fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics meddelte, at de har fundet indirekte bevis for tyngdekraftsbølger - minutlige forvrængninger i universets gravitationsfelt - det var løsrevet under inflationen, en lille brøkdel af et sekund efter Big Bang. Hvis fundet er korrekt, fungerer bølgerne som en bekræftelse af inflationen.
"Inflation er" smellet "af Big Bang, " siger den teoretiske fysiker Alan Guth, der foreslog teorien om kosmisk inflation i 1979. "Det er mekanismen, der fik universet til at gå ind i denne periode med gigantisk ekspansion."
Flere fysikere, der ikke var involveret i forskningen, har haft chancen for at vurdere rådataene, og de er enige i analysen. "Det er meget, meget sandsynligt, at dette er ægte, " siger Avi Loeb, en teoretisk fysiker ved Harvard-Smithsonian Center, og bemærker, at forskerne brugte tre år på at analysere dataene for at fjerne enhver chance for en fejl.
Robert W. Wilson, der delte 1978-Nobelprisen i fysik for sin opdagelse af den kosmiske mikrobølgebakgrund, er enig i og mener, at hvis det bekræftes, er værket næsten sikkert for at få en Nobelpris. Loeb siger, at fundet ville være en af de vigtigste fysiske opdagelser i de sidste 15 år - større end opdagelsen af Higgs Boson.
Under inflationen, vist helt til venstre, udvides universet med mange størrelsesordrer i størrelse i en brøkdel af et sekund. (Billede via NASA) Tilstedeværelsen af detekterbare gravitationsbølger - ofte benævnt "krusninger i rumtiden" - er forudsagt af inflationen. Eksisterende udsving i tyngdekraften i mikroskopisk skala, siger Guth, ville have været strakt ud af inflation og produceret makroskopiske bølger.
Den nøjagtige natur af bølgerne afhænger af det nøjagtige øjeblik inflationen fandt sted. "Denne detektion indikerer ikke kun, at inflationen fandt sted, " siger Loeb, "men fortæller os også, hvornår den fandt sted": 10 -34 (et decimalpoint efterfulgt af 33 nuller og derefter et) sekunder efter starten af Big Bang.
Forskningsgruppen, der også omfattede Clement Pryke fra University of Minnesota, Jamie Bock fra Caltech og Chao-Lin Kuo fra Stanford, fandt ikke selv gravitationsbølger, men snarere indirekte bevis på dem i form af et specielt mønster af polarisering forårsaget af bølgerne i den kosmiske mikrobølgebakgrund. ”Vores team jagtede efter en speciel type polarisering kaldet B-tilstande, som repræsenterer et snoet eller krøllet mønster i de polariserede orienteringer i det gamle lys, ” sagde Bock i en pressemeddelelse.
Forskerne indsamlede disse data ved hjælp af BICEP2-teleskopet, der er stationeret i Antarktis, hvor kold, tør luft begrænser interferens fra jordens atmosfære på det svage kosmiske mikrobølgebaggrundsignal. BICEP2 er en af en pakke med identiske teleskoper på udkig efter denne signatur, kaldet Keck Array. Der er også det tilstødende Sydpoleteleskop, der rapporterede data, der indikerede tilstedeværelsen af B-mode polarisering i CMB sidste sommer. Dette instrument var imidlertid ikke designet til at detektere polarisering i skalaen, der blev produceret af tyngdekraftsbølger, så det skyldtes sandsynligvis i stedet for interferensen fra fjerne galakser, som CMB passerede igennem, før de nåede Jorden.
BICEP-2-teleskopet (den hvide skål til højre) sammen med Sydpoleteleskopet (til venstre). (Billede via BICEP-2-projekt) Det er stadig ikke helt klart, at BICEP2-teamet har registreret B-mode polarisering, der faktisk er et endeligt bevis på tyngdekraftsbølger. Yderligere bekræftelse skal komme fra data indsamlet af Det europæiske rumfartsagenturs Planck Satellite (som observerer den kosmiske mikrobølgebakgrund i meget bredere vinkler), der skal frigives i slutningen af sommeren.
Hvis det er sandt, vil fundet dog gå langt i retning af at ratificere inflationsteorien. "Tilstedeværelsen af denne polarisering, fremkaldt af tyngdekraften, er den sidste store ting, der er forudsagt af inflation, " siger Wilson. "Det giver dig stadig større tillid til, at dette virkelig er det rigtige scenarie."
Det afspejler også noget virkelig forbløffende: det ældste bevis, vi har på absolut noget.
"Du kan ikke bruge kosmisk mikrobølgebakgrund til at finde ud af, hvad der skete i det tidlige, tidlige univers, " siger Loeb. I de første 380.000 år kunne de elektromagnetiske bølger, der udgør CMB, ikke passere frit gennem rummet. "Hvis vi kan se på gravitationsbølger, kan vi gå helt tilbage til næsten helt fra begyndelsen."
