Ενώ το κοσμικό υπόβαθρο των μικροκυμάτων (CMB) πιθανώς δημιουργήθηκε 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, το υπόβαθρο των βαρυτικών κυμάτων υποτίθεται ότι προέρχεται απευθείας από τα γεγονότα που συνέβησαν στο πρώτο λεπτό μετά το Big Bang.
Εικόνα: Αν και ο δορυφόρος Planck δεν έχει ακόμη στείλει δεδομένα από το κοσμικό υπόβαθρο των μικροκυμάτων, μας έστειλε όμως εξαιρετικές εικόνες της ψυχρής σκόνης στον δικό μας Γαλαξία. Αυτή λοιπόν η εικόνα δείχνει το γαλαξιακό επίπεδο – η οριζόντια γραμμή στο κάτω μέρος – και τεράστια σύννεφα ψυχρής σκόνης που βρίσκονται πολύ πάνω από το γαλαξιακό επίπεδο.
Το κατακλυσμικό Big Bang πιστεύεται ότι έχει δημιουργήσει μια πλημμύρα βαρυτικών κυμάτων, που είναι διακυμάνσεις στον ιστό του χωροχρόνου. Αυτά τα βαρυτικά κύματα θα πρέπει να γεμίζουν ακόμα ολόκληρο το σύμπαν. Ωστόσο, κατά πάσα πιθανότητα θα έχουν πολύ ασθενική ισχύ και γι αυτό δεν μπορούν να ανιχνευθούν με τα συμβατικά αστρονομικά εργαλεία. Παρ’ όλα αυτά, θα πρέπει να αναγράφουν πληροφορίες σχετικά με το σύμπαν όπως ήταν αμέσως μετά το Big Bang. Εάν όμως αυτά τα κύματα δεν μπορούν να ανιχνευθούν, τότε αυτό το γεγονός ίσως αμφισβητεί και το ίδιο το Big Bang.
Η πρόοδος κατά τον 21ο αιώνα για τα επόμενα σύνορα στην αστροφυσική και την κοσμολογία εξαρτιέται από την ικανότητά μας να ανιχνεύσουμε την παρουσία αυτού του συγκεκριμένου τύπου του κύματος στο διάστημα, που μεταβάλει τον ιστό του ίδιου του χώρου καθώς περνά μέσα από αυτόν. Αν διαπιστωθεί αυτή η παραμόρφωση του χώρου, τότε αυτά τα αδύναμα και φευγαλέα κύματα θα μπορούσαν να μας προσφέρουν μια άνευ προηγουμένη εικόνα από τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος. Το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Λέιζερ (LIGO), το οποίο βρίσκεται στο Livingston, που κτίστηκε για να τα αισθάνεται μάλλον και όχι για να τα βλέπει, είναι ένα εξαιρετικά ευαίσθητο εργαλείο παρατήρησης σχεδιασμένο για να βρει αυτά τα ασαφή αρχέγονα βαρυτικά κύματα.
Ο θεωρητικός φυσικός και κοσμολόγος Lawrence Krauss στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνας καθώς και ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Σικάγου και το Εργαστήριο Fermi διερευνούν την πιθανότερη μέθοδο ανίχνευσης αυτών των κυμάτων, εξετάζοντας την κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων (CMB) που θεωρείται ως η πιο προσφιλής μέθοδος.
"Μέχρι και 380.000 χρόνια μετά το Big Bang, το σύμπαν ήταν αδιαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία”, εξηγεί ο Krauss, καθηγητής φυσικής. "Έτσι, για να διερευνήσουμε γεγονότα πριν από αυτή την ημερομηνία πρέπει να ψάξουμε για άλλα παρατηρήσιμα δεδομένα εκτός του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Τα βαρυτικά κύματα αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη και έτσι τα κύματα βαρύτητας που δημιουργήθηκαν πολύ κοντά στην αρχή του χρόνου, μπορεί να ταξιδεύουν ανεμπόδιστα προς εμάς σήμερα, δίνοντας μια δυνητικά νέα μορφή εξέτασης του πρώιμου σύμπαντος.
Το 1916, ο Albert Einstein προέβλεψε την ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων. Με βάση την θεωρία της γενικής σχετικότητας, μεγάλα αντικείμενα αναγκάζουν τον χώρο γύρω τους να καμπυλώνεται. Για παράδειγμα, όταν μεγάλες μάζες κινούνται μέσα στον χώρο, παράγεται μια διαταραχή με τη μορφή των βαρυτικών κυμάτων, αλλά λόγω της ασθενικής βαρυτικής δύναμης, θα πρέπει να κινηθούν γύρω μας τεράστιες ποσότητες ύλης για να δημιουργήσουν κύματα σε μια κλίμακα, που θα μπορούσαν πραγματικά να είναι ανιχνεύσιμα.
«Φανταστείτε ότι επιπλέουν στο διάστημα μακριά από τη Γη δύο κάτοπτρα μαζί αλλά πολλά μίλια μακριά. Εάν ένα βαρυτικό κύμα διαδιδόταν μέσα στο χώρο, θα βλέπατε την απόσταση μεταξύ των δύο κατόπτρων να αυξανόταν και στη συνέχεια να μειωνόταν ρυθμικά καθώς περνούσε το κύμα, ίσως με μια σχεδόν ανεπαίσθητη ποσότητα», εξηγεί ο Krauss. «Καθώς λοιπόν αυτά τα κύματα διαδίδονται σε όλο το σύμπαν, αυτά μπορεί να συνεχίσουν να εξασθενούν σε ισχύ, αλλά ποτέ δεν θα σταματήσουν ούτε να επιβραδύνονται, επειδή μετακινούνται μέσα από την ύλη ουσιαστικά ανεμπόδιστα."
Σε ένα άρθρο με τίτλο «Αρχέγονα βαρυτικά κύματα και Κοσμολογία», που γράφτηκε από τον Krauss, τον Scott Dodelson του Εργαστηρίου Fermi και τον Stephan Meyer από το Πανεπιστήμιο του Σικάγου, έχουν καθορίσει ότι πρέπει να υπάρχουν δύο κύριες πηγές βαρυτικών κυμάτων: από τον πληθωρισμό αμέσως μετά το Big Bang, και τις πιθανές μεταβάσεις φάσης στις απαρχές των χρόνων. Άλλες σημερινές πηγές μπορεί να περιλαμβάνουν συγκρούσεις μεταξύ μαύρων οπών ή δύο τεράστιων άστρων που είναι σε τροχιά το ένα γύρω από το άλλο.
Μοντελοποίηση της παραμόρφωσης του χώρου από τα βαρυτικά κύματα
Αυτή την περίοδο σχεδιάζονται εξαιρετικά ευαίσθητοι ανιχνευτές και πειράματα, όπως το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Λέιζερ (LIGO), που εδρεύει στο Livingston της Λουιζιάνας, για να δούμε ακριβώς τέτοια κύματα. Η βαρυτική ακτινοβολία από το πρώιμο σύμπαν μπορεί να εντοπιστεί έμμεσα μέσω της επίδρασής της πάνω στην πόλωση του λείψανου της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου CMB, και την οποία συναντούμε σε όλο το διάστημα. Ωστόσο, η σημερινή γενιά των άμεσων ανιχνευτών βαρυτικών κυμάτων, μεταξύ των οποίων και το LIGO, δεν διαθέτει επαρκή ευαισθησία για να ελέγξει τα σήματα των πιθανών αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων.
"Και η μεγαλύτερη ευαισθησία των ανιχνευτών σημαίνει ότι θα μπορούμε να μετρήσουμε την πόλωση της ακτινοβολίας υποβάθρου, που δημιουργήθηκε από ένα αρχέγονο βαρυτικό κύμα", λέει ο Krauss. "Αν τα βαρυτικά κύματα που παράγονται είτε από τον πληθωρισμό ή τις μεταβάσεις (αλλαγές) φάσης υπήρχαν όταν δημιουργήθηκε η κοσμική ακτινοβολία μικροκυμάτων υποβάθρου, τότε θα πρέπει να έχουν αποτυπωθεί πάνω στην CMB και να ανιχνευθούν ως πόλωση".
«Καθώς εισερχόμαστε στη δεύτερη δεκαετία του 21ου αιώνα, είμαστε έτοιμοι να εισέλθουμε σε μια νέα σφαίρα της ακριβούς κοσμολογίας, που θα μπορούσε να μας προσφέρει ένα δραματικά νέο παράθυρο για τις φυσικές διεργασίες οι οποίες διέπουν την προέλευση και την εξέλιξή του σύμπαντος», τονίζει ο Krauss . "Ο δορυφόρος Πλανκ της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος σχεδιάστηκε για πάρει την εικόνα της CMB ολόκληρου του ουρανού, με μια πρωτοφανή ευαισθησία και γωνιακή ανάλυση, και γι αυτό θα μας παράσχει νέα στοιχεία σχετικά με την πόλωση αυτής της ακτινοβολίας, εντός των επόμενων τριών έως τεσσάρων ετών. Με αυτά ελπίζουμε να έχουμε μια άμεση παρατήρηση των βαρυτικών κυμάτων από την απαρχή του χρόνου."
Πηγή: eurekalert
Leave a Comment