Η μελέτη της μεταλάμψης των μεγάλων κτυπημάτων ρίχνει φως στην εξέλιξη του σύμπαντος
Η κορυφαία επιστημονική θεωρία για το πώς εξελίχθηκε το σύμπαν έχει και πάλι αποδειχθεί ακριβής — για κάποιους, απογοητευτικά. Η πιο πρόσφατη μελέτη για την υστέρηση της Μεγάλης Έκρηξης - τη λεγόμενη ακτινοβολία κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου (CMB) - επιβεβαιώνει με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, ανέφεραν σήμερα ερευνητές με το διαστημόπλοιο Planck της Ευρώπης σε συνέντευξη Τύπου στη Φεράρα της Ιταλίας. Αυτή είναι μια νίκη για τη θεωρία, αλλά δεν αφήνει τους ερευνητές με αποκλίσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε μια βαθύτερη κατανόηση.
«Ήλπιζα να βρω μια ανωμαλία», λέει ο Nazzareno Mandolesi, κοσμολόγος του Εθνικού Ινστιτούτου Αστροφυσικής της Μπολόνια της Ιταλίας, ο οποίος περιέγραψε τα νέα αποτελέσματα στη συνέντευξη Τύπου.
Η CMB είναι ακτινοβολία που έχει διαρρέει το σύμπαν από τότε που σχηματίστηκαν τα πρώτα άτομα περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Χάρη στη διαστολή του σύμπαντος, αυτή η ακτινοβολία έχει ψυχθεί και έχει τεντωθεί σε μήκη κύματος μικροκυμάτων. Η θερμοκρασία των μικροκυμάτων ποικίλλει ελάχιστα στον ουρανό, όπως και η πόλωσή τους. Μελετώντας αυτές τις μικροσκοπικές παραλλαγές, την κατανομή των γαλαξιών και άλλους παράγοντες, οι κοσμολόγοι συνέταξαν μια συνταγή για το σύμπαν:5% συνηθισμένη ύλη, το υλικό που σχηματίζει αστέρια και πλανήτες. 27% σκοτεινή ύλη, το μυστηριώδες υλικό του οποίου η βαρύτητα συγκρατεί τους γαλαξίες μαζί. και 68% παράξενη σκοτεινή ενέργεια που εκτείνεται στο διάστημα.
Ξεκίνησε το 2009, ο Planck εξέτασε το CMB μέχρι τον Οκτώβριο του 2013. Τον Μάρτιο του 2013, οι ερευνητές του Planck παρουσίασαν την ανάλυση των δεδομένων θερμοκρασίας του πρώτου έτους τους, η οποία επιβεβαίωσε εξαιρετικά τις προβλέψεις της τυπικής θεωρίας της κοσμολογίας. Ωστόσο, υπήρχαν αβεβαιότητες στις μετρήσεις και μικρές εντάσεις με τα αποτελέσματα από τον λιγότερο ακριβή προκάτοχο του Planck, τον ανιχνευτή μικροκυμάτων Wilkinson (WMAP), ένα διαστημόπλοιο που συνέλεξε δεδομένα από το 2001 έως το 2010. Τώρα, η ομάδα Planck ανέλυσε το πλήρες σύνολο δεδομένων της , και οι αβεβαιότητες έχουν μειωθεί και οι εντάσεις με τα αποτελέσματα του WMAP έχουν εκτονωθεί, λέει ο Mandolesi.
Για παράδειγμα, το WMAP και ο Planck είχαν διαφωνήσει κατά περίπου 1% έως 1,5% στις απόλυτες μετρήσεις θερμοκρασίας τους, εξηγεί ο Mandolesi. Μια επαναβαθμονόμηση μειώνει την αναντιστοιχία σε λιγότερο από 0,3%, εντός των στατιστικών αβεβαιοτήτων, λέει. Όσον αφορά τις παραμέτρους της κοσμολογικής θεωρίας, οι ερευνητές του Planck έβγαλαν μια ελαφρώς μεγαλύτερη ηλικία και έναν ελαφρώς μικρότερο ρυθμό διαστολής για το σύμπαν από ό,τι έδειξε το WMAP, λέει ο Mandolesi. Αλλά με περισσότερα δεδομένα, οι αριθμοί έχουν αλλάξει ελαφρώς και τώρα συμφωνούν με τις πειραματικές αβεβαιότητες, λέει.
Τα ευρήματα δεν είναι όλα τα ίδια, λέει ο Ντέιβιντ Σπέργκελ, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον που δεν εργάζεται στον Πλανκ. Τα νέα αποτελέσματα περιλαμβάνουν χάρτες της πόλωσης του CMB (όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα) και ότι τα δεδομένα πόλωσης θέτουν όρια σε ορισμένες εξηγήσεις για το τι μπορεί να είναι η σκοτεινή ύλη, σημειώνει ο Σπέργκελ. Συγκεκριμένα, ο Planck αποκλείει ορισμένα μοντέλα στα οποία τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης θα μπορούσαν να εξαφανιστούν το ένα το άλλο με ιδιαίτερα υψηλούς ρυθμούς. Τέτοια μοντέλα εφευρέθηκαν για να εξηγήσουν την περίσσεια υψηλού ποζιτρονίων που παρατηρείται από ανιχνευτές όπως το Άλφα Μαγνητικό Φασματόμετρο στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.
Τα αποτελέσματα δεν αγγίζουν τον πιο αμφιλεγόμενο ισχυρισμό στην κοσμολογία εδώ και δεκαετίες. Τον Μάρτιο, ερευνητές που εργάζονταν με το BICEP2, ένα εξειδικευμένο τηλεσκόπιο στο Νότιο Πόλο, ανέφεραν ότι είχαν ανιχνεύσει αμυδρά, στροβιλισμούς σαν τροχούς στην πόλωση του CMB όταν χαρτογραφήθηκαν σε ένα μικρό κομμάτι του ουρανού. Τέτοιοι στροβιλισμοί, ή τρόποι Β, θα μπορούσαν να είναι ένα σημάδι βαρυτικών κυμάτων που κυματίζουν το σύμπαν ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και απόδειξη ότι υπέστη μια παράξενη εκθετική ανάπτυξη γνωστή ως πληθωρισμός. Ωστόσο, τον Σεπτέμβριο, οι ερευνητές του Planck κυκλοφόρησαν έναν χάρτη του ουρανού που έδειξε ότι μεγάλο μέρος του σήματος BICEP πιθανότατα προέρχεται από τη σκόνη μέσα στον γαλαξία μας.
Πολλοί άνθρωποι είναι πρόθυμοι να μάθουν εάν ο ισχυρισμός της ομάδας BICEP ότι εντόπισε τις λειτουργίες B θα επιβιώσει από την κοινή ανάλυση με την ομάδα Planck. «Έχουμε προχωρήσει πολύ με την εργασία και γράφουμε το χαρτί», λέει ο Jan Tauber, επιστήμονας του προγράμματος Planck στην Ευρωπαϊκή Διαστημική Υπηρεσία στο Noordwijk της Ολλανδίας. Ο Tauber αρνήθηκε να πει πότε θα ανακοινωθούν δημόσια τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης. "Αυτό που μπορείτε να πείτε με βεβαιότητα είναι ότι [η δύναμη] της μέτρησής τους θα μειωθεί", λέει.
Για να προσδιορίσουν πόσο μεγάλο μέρος του σήματος BICEP οφείλεται στη σκόνη, οι ερευνητές πρέπει να συγκρίνουν ή να «συσχετίσουν» τον χάρτη του BICEP του τμήματος του ουρανού με τον χάρτη του Planck των πολωμένων εκπομπών από τη σκόνη. Ορισμένοι ερευνητές εκτός των δύο ομάδων έχουν ήδη προσπαθήσει να το κάνουν και έχουν δείξει ότι οι δύο χάρτες είναι σε μεγάλο βαθμό οι ίδιοι, λέει ο Uroš Seljak, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ. Αυτό υποδηλώνει ότι το υποτιθέμενο σήμα προέρχεται κυρίως από σκόνη. Το Planck από μόνο του πιθανότατα δεν έχει την ευαισθησία για να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα, λέει ο Seljak.
Μερικοί κοσμολόγοι υποψιάζονται ότι το σήμα BICEP θα εξαφανιστεί εντελώς και ότι η κοινή ανάλυση Planck-BICEP θα θέσει μόνο ένα ανώτερο όριο στην ισχύ του σήματος B-mode. Ένα τέτοιο όριο θα μπορούσε να αποκλείσει ορισμένα απλά θεωρητικά μοντέλα για το τι οδήγησε τον πληθωρισμό, λέει ο Σπέργκελ:"Δεν είναι τόσο διασκεδαστικό όσο η ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων, αλλά είναι πρόοδος."
*Διόρθωση, 1 Δεκεμβρίου, 8:18 μ.μ.: Τα ποσοστά για τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια άλλαξαν. αυτό έχει διορθωθεί.
