Mokslininkai tiesiogiai stebėjo prieš 14 mlrd. metų įvykusio sprogimo aido bangas

Nors pirmadienį, 18:00 Lietuvos laiku Harvardo-Smitsono astrofizikos centro tarnybinės stotys (veikiausiai dėl neįtikėtino visuomenės susidomėjimo), per kurias buvo ketinama tiesiogiai transliuoti itin svarbią naujieną, nebeveikė, ši naujiena buvo išplatinta pranešimo spaudai pavidalu. Kaip ir prognozuota, paaiškėjo, kad fizikos pasaulį turėjęs sukrėsti pareiškimas buvo pirmųjų tiesioginių kosminės infliacijos įrodymų atradimas.

Pietų ašigalyje vykdomo eksperimento BICEP2 mokslininkai paskelbė, jog gavo pirmų tiesioginių įrodymų, patvirtinančių „kosminės infliacijos“ teoriją, tvirtinančią, kad prieš 14 mlrd. metų Visata, kurioje mes gyvename, atsirado neįprasto įvykio, inicijavusio Didįjį sprogimą, metu. Per pirmą be galo mažą sekundės dalį Visata plėtėsi eksponentiškai – ji išsiplėtė tiek, kad plėtimosi pakraščių negali įžiūrėti net pažangiausi šiuolaikiniai teleskopai. Tačiau iki šiol tai tebuvo teorija.

Mokslininkai paskelbė užfiksavę pirmuosius gravitacinių bangų, arba erdvėlaikio raibulių, vaizdus. Šios bangos yra vadinamos „pirmaisiais Didžiojo sprogimo dundėjimais“. Be to, tie patys mokslininkų duomenys patvirtina, jog egzistuoja gilus ryšys tarp kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos.
„Tai iš tiesų nuostabu. Pirmąkart tiesiogiai užfiksavome gravitacijos bangų, arba erdvėlaikio raibulių, vaizdą pirmykščiame danguje ir patvirtinome visos Visatos susikūrimo teoriją“, – sakė Stanfordo universiteto fizikos profesorius asistentas Chao-Linas Kuo, vienas iš BICEP2 eksperimento vadovų.

Šie stulbinantys rezultatai gauti BICEP2 teleskopu stebint kosminį mikrobangų foną – blyškų švytėjimą, Didžiojo sprogimo pėdsaką. Šio švytėjimo menkučiai svyravimai mums daug ką papasakoja apie ankstyvosios Visatos sąlygas. Pavyzdžiui, nedideli temperatūros danguje skirtumai rodo, kurios Visatos vietos buvo tankesnės ir galų gale sušoko į galaktikas bei galaktikų spiečius.
Kosminių mikrobangų fonas yra elektromagnetinės bangos, taigi, joms būdingos visos šviesos savybės – tai pat poliarizacija. Žemėje Saulės šviesa yra išsklaidoma atmosferos ir tampa poliarizuota, todėl akiniai su poliarizuotais stiklais padeda sumažinti atspindžius. Kosmose kosminių mikrobangų fonas buvo išsklaidytas atomų bei elektronų ir taip pat poliarizavosi.

„Mūsų komanda medžiojo tam tikrą poliarizacijos tipą, vadinamą „B-režimu“, kuris pirmykštės šviesos poliarizacijos orientacijoje sudaro banguojančią arba besisukančią konfigūraciją“, – sakė kitas BICEP2 vadovas Jamie Bockas, Kalifornijos technologijų instituto (JAV) fizikos profesorius, dirbantis ir NASA Reaktyvinių variklių laboratorijoje JPL.

Keliaudamos erdve, gravitacijos bangos suspaudžia erdvę, o dėl šio suspaudimo susidaro ypatingi kosminio mikrobangų fono bruožai. Gravitacijos bangos, panašiai, kaip ir šviesos bangos, gali būti kairinės ir dešininės poliarizacijos.

„Besisukanti „B-režimo“ konfigūracija yra unikalus gravitacijos bangų ženklas būtent dėl savo poliarizacijos kryptingumo“, – sakė C. Kuo.

Mokslininkai stebėjo dangaus erdvę, kurios plotas buvo nuo 1 iki 5 laipsnių. Eksperimentą Pietų ašigalyje reikėjo atlikti dėl to, kad ten oras yra šaltas, sausas ir stabilus, todėl netrukdo blyškios kosminės šviesos fiksavimo.

„Pietų ašigalis – artimiausia vieta kosmosui, kurioje dar galima būtų ant žemės. Tai – viena sausiausių ir giedriausių vietų Žemėje, ideali blyškių Didžiojo sprogimo mikrobangų stebėjimui“, – sakė BICEP2 vyr mokslininkas Johnas Kovacas, Harvardo-Smitsono Astrofizikos centro profesorius adjunktas, vadovavęs eksperimento įrangos sumontavimui ir mokslinei projekto veiklai.

Mokslininkus nustebino tai, kad jų užfiksuotas „B-režimo“ poliarizacijos signalas buvo reikšmingai stipresnis, nei prognozavo daugelis kosmologų. Jie savo duomenis analizavo daugiau nei trejus metus, taip norėdami apsisaugoti nuo bet kokių klaidų. Taip pat buvo aiškinamasi, ar duomenų negalėjo paveikti mūsų galaktikos dulkės, tačiau pagal surinktus duomenis galima teigti, jog tai yra labai mažai tikėtina.

„Tai buvo tarsi datos paieškos šieno kupetoje, tik vietoje adatos radome laužtuvą“, – sakė Minesotos universiteto (JAV) fizikos ir astronomijos profesorius adjunktas Clemas Pryke'as.

Infliacijos teoriją 1980 metais savo podoktorantūrinių studijų metu pasiūlė fizikas Alanas Guthas – tai buvo įprastinės Didžiojo sprogimo teorijos modifikacija. A. Guthas manė, jog Visata plėtėsi ne kaip didelis liepsnos kamuolys, kaip manyta iki tol, o iš labai mažo erdvės taško plėtėsi itin dideliu greičiu, per mažutę sekundės dalį didėdama eksponentiškai. Ši idėja iškart patraukė daugybės kitų fizikų dėmesį, nes siūlė unikalų sprendimą daugeliui sudėtingų klausimų, kuriuos kėlė standartinė Didžiojo sprogimo teorija.
Tačiau, kaip netrukus suvokė A. Guthas, šiuo metu dirbantis Masačusetso technologijų instituto fizikos profesoriumi, tam tikros jo teorijos prognozės prieštaravo stebėjimų duomenims. Devintame praėjusio amžiaus dešimtmetyje Rusijos fizikas Andrejus Linde modifikavo jo modelį iki „naujosios infliacijos“ ir dar kartą – iki „amžinos chaotiškos infliacijos“. Abu šie modeliai generavo prognozes, kurios buvo labai artimos realiems dangaus stebėjimų duomenims.

Naujienas apie atradimą išgirdęs Stanfordo universiteto fizikos profesorius A. Linde negalėjo nuslėpti savo susijaudinimo: „Šie rezultatai – tarsi rūkstantis dūmas iš infliacijos teorijos ginklo, nes alternatyvios teorijos tokio signalo nenumato. Tai – kažkas, ko tikėjausi pamatyti pastaruosius 30 metų“.