Seuraavan vuosikymmenen aikana kosmologit yrittävät tarkkailla maailmankaikkeuden ensimmäisiä hetkiä toivoen todistaakseen suositun teorian. He etsivät erittäin heikkoja painovoima-aaltoja mitatakseen alkeisvaloa, etsiesivät vakuuttavia todisteita kosmisesta inflaatioteoriasta, joka ehdottaa, että satunnainen, mikroskooppinen tiheyden vaihtelu tilan ja ajan kankaassa synnytti maailmankaikkeuden kuumassa suuressa räjähti noin 13,7 miljardia vuotta sitten. Uusi väline, nimeltään polarimetri, on kiinnitettävissä etelänavan teleskooppiin (SPT), joka toimii submillimetrin aallonpituuksilla, mikroaaltojen ja sähkömagneettisen spektrin infrapunavälien välillä. Einsteinin teoria yleisrelatiivisuudesta ennustaa, että kosmisen inflaation tulisi tuottaa heikot painovoima-aallot.
Inflaatioteoria ehdottaa maailmankaikkeuden erittäin nopean ja eksponentiaalisen laajentumisajan ensimmäisinä hetkinä ennen asteittaista Big Bang -laajennusta, jonka aikana maailmankaikkeuden energiatiheyttä hallitsi kosmologinen vakiotyyppinen tyhjiöenergia, joka myöhemmin rappeutunut tuottamaan ainetta ja säteilyä, joka täyttää Space Magazine -lehden.
Fyysikko Alan Guth ehdotti vuonna 1979 kosmisen inflaation teoriaa, joka ennustaa myös äärettömän määrän universumien olemassaoloa. Valitettavasti kosmologeilla ei ole mitään keinoa testata kyseistä ennustetta.
”Koska nämä ovat erillisiä maailmankaikkeuksia, määritelmän mukaan se tarkoittaa, että meillä ei voi koskaan olla mitään yhteyttä niihin. Mikään, mitä siellä tapahtuu, ei vaikuta meihin ", sanoi Scott Dodelson, Fermin kansallisen kiihdytinlaboratorion tutkija ja Chicagon yliopiston tähtitieteen ja astrofysiikan professori.
Mutta on olemassa tapa koettaa kosmisen inflaation pätevyys. Ilmiö olisi tuottanut kahta häiriöiden luokkaa. Ensimmäinen, alaatomisten hiukkasten tiheyden vaihtelu tapahtuu jatkuvasti koko maailmankaikkeudessa, ja tutkijat ovat jo havainneet ne.
”Yleensä ne tapahtuvat vain atomitasolla. Emme edes huomaa heitä ”, Dodelson sanoi. Mutta inflaatio venyttäisi nämä häiriöt hetkessä kosmisiin mittasuhteisiin. ”Tuo kuva todella toimii. Voimme laskea, millaisten näiden häiriöiden pitäisi näyttää, ja osoittautuu, että ne ovat oikein oikeita tuottamaan galakseja, joita näemme maailmankaikkeudessa. "
Toinen häiriöiden luokka olisivat painovoima-aallot - Einsteinin vääristymät tilassa ja ajassa. Myös painovoima-aaltojen edistys tapahtuisi kosmisissa mittasuhteissa, ehkä jopa niin vahvoina, että kosmologit voivat havaita ne herkillä kaukoputkilla, jotka on viritetty oikealle sähkömagneettisen säteilyn taajuudelle.
Jos uusi polarimetri on riittävän herkkä, tutkijoiden tulisi pystyä havaitsemaan aallot.
"Jos havaitset painovoima-aaltoja, se kertoo sinulle paljon maailmankaikkeuden inflaatiosta", kertoi John Carlstrom Chicagon yliopistosta, joka kehitti uuden instrumentin. Carlstrom sanoi, että aaltojen havaitseminen sulkee pois useita kilpailevia ideoita maailmankaikkeuden alkuperästä. "Niitä on vähemmän kuin aikaisemmin, mutta he eivät ennusta, että sinulla on aluksi äärimmäinen, kuuma isku, tämä kvanttivaihtelu", hän sanoi. Ne eivät myöskään tuottaisi painovoima-aaltoja havaittavissa olevilla tasoilla.
Tämän linkin simulaatio kuvaa tilan ja ajan vääristymiä alaatomisessa mittakaavassa, tuloksena kvanttivaihteluista, joita tapahtuu jatkuvasti koko maailmankaikkeudessa. Lähellä simulaation loppua kosminen inflaatio alkaa venyttää avaruus-aikaa maailmankaikkeuden kosmisiin mittasuhteisiin.
Kosmologit käyttävät SPT: tä myös pyrkimyksissään ratkaista pimeän energian mysteeri. Karkottava voima, tumma energia työntää maailmankaikkeuden toisistaan ja ylittää painovoiman, kaiken aineen houkuttelevan voiman.
Tumma energia on näkymätön, mutta tähtitieteilijät näkevät sen vaikutuksen galaksiklusteriin, joka muodostui muutaman viime miljardin vuoden aikana.
SPT havaitsee kosmisen mikroaaltotausta (CMB) -säteilyn, ison bangin jälkivalon. Kosmologit ovat lunastaneet CMB: ltä tietyn määrän tietoja, jotka edustavat kosmisen sinfonian voimakkaita rumpuja ja sarvia. Mutta nyt tiedeyhteisö on korvansa kuullut hienovaraisemman instrumentin - gravitaatioaaltojen - ääniä, jotka ovat CMB: n alla.
"Meillä on nämä avainkomponentit maailmankaikkeuskuvassamme, mutta emme todellakaan tiedä mitä fysiikka tuottaa niistä yhtä", sanoi Dodelson inflaatiosta, tummasta energiasta ja yhtä salaperäisestä tummasta aineesta. "Seuraavan vuosikymmenen tavoitteena on tunnistaa fysiikka."
Lähde: Chicagon yliopisto
