Πιθανά ίχνη του BigBang ανακαλύφθησαν

Από το δίκτυο CNN, PhysicsWeb, Science Magazin 30-Απριλίου-2001

Τρεις ομάδες ανεξάρτητων αστρονόμων παρουσίασαν τη Δευτέρα στη διάρκεια συνεδρίασης της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας τις πιο ακριβείς έως σήμερα μετρήσεις που δείχνουν πώς ήταν το σύμπαν πριν από 14 δισεκατομμύρια χρόνια.

Όπως αναφέρει δημοσίευμα των New York Times την Δευτέρα 30 Απριλίου, τα αποτελέσματα που παρουσιάστηκαν στο συνέδριο δείχνουν την εκπληκτική προσπάθεια των επιστημόνων για την κατανόηση των γεγονότων που φαίνεται ότι έλαβαν χώρα στη διάρκεια των πρώτων κρίσιμων δευτερολέπτων της κοσμικής δημιουργίας (Μεγάλη Έκρηξη), καθώς και την εξελικτική πορεία του σύμπαντος.

Η «μουσική της δημιουργίας», όπως την ονομάζουν, ανιχνεύτηκε στην παγωμένη Ανταρκτική από το Degree Angular Scale Interferometer (DASI), έναν ευαίσθητο ανιχνευτή μικροκυμάτων, ειδικά κατασκευασμένο για την καταγραφή της περίφημης «κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου» (cosmic background radiation). Οι πρωτοποριακές αυτές παρατηρήσεις ανοίγουν νέους ορίζοντες για τον υπολογισμό των συστατικών που αποτελούν το σύμπαν.

Πληθωριστικό μοντέλο

Σύμφωνα με τη θεωρία του πληθωρισμού, το αρχικό Σύμπαν υποβλήθηκε σε μια περίοδο εκθετικής επέκτασης για μερικά κλάσματα του ενός δευτερολέπτου. Αυτό μετέτρεψε τις κβαντικές διακυμάνσεις σε παραλλαγές της πυκνότητας, που οδήγησαν στην δόμηση του Σύμπαντος, οργανώνοντας τα ηχητικά κύματα που παρήγαγαν τους κυματισμούς, στην ακτινοβολία των μικροκυμάτων.
Μια ανάλυση των στοιχείων του Boomerang που δημοσιεύθηκε πέρυσι (2000) επιβεβαίωσε την παρουσία των μεγαλύτερων κυματισμών, οι οποίοι επεκτείνονται μια ορισμένη γωνία πέρα από τον ουρανό και παρέχουν τα πειστικά στοιχεία ότι η γενική γεωμετρία του Σύμπαντος είναι "επίπεδη". Αλλά δεν υπήρξε τότε κανένα σταθερό στοιχείο για τις υψηλότερες "αρμονικές" - οι κυματισμοί που προβλέπονται να εμφανιστούν στις μικρότερες γωνιακές κλίμακες. Αντίθετα η νέα ανάλυση βρίσκει την αιχμή αυτών των αρμονικών στις γωνίες που προβλέφθηκαν από τη θεωρία του πληθωρισμού.

Τα νέα δεδομένα για τα αρχικά στάδια του Σύμπαντος δίνουν τις ισχυρότερες μέχρι τώρα ενδείξεις ότι στο Σύμπαν συνέβη μια τρομακτική ανάπτυξη αμέσως μετά το Big Bang. Τα νέα ευρήματα ανακοινώθηκαν στις 30 Απριλίου. Αυτή η τελευταία υποστήριξη της πληθωριστικής κοσμολογικής θεωρίας προκύπτει από παρατηρήσεις δύο επιστημονικών ομάδων που έγιναν στην περιοχή του Νοτίου Πόλου. Η πληθωριστική θεωρία, η οποία προτάθηκε για πρώτη φορά στα πρώτα χρόνια της δεκαετίας του 80, προβλέπει ότι σχηματισμοί μικρών θερμοκρασιακών διαφορών θα μπορούσαν να υπάρχουν στο
υπόβαθρο μικροκυματικής ακτινοβολίας (CMB) που αποτελεί τα σημερινά υπολλείμματα του Big Bang.

Προβλέπει επίσης ότι αυτοί οι σχηματισμοί θα μπορούσαν να εμφανίζουν μια σειρά από προοδευτικά ασθενέστερες θερμοκρασιακές κορυφώσεις. Πειράματα που έγιναν το 1992 με τη βοήθεια του παρατηρητηρίου της NASA, Cosmic
Background Explorer έδειξαν τις πρώτες εικόνες των θερμοκρασιακών διαφορών, και κατοπινές παρατηρήσεις από άλλες συσκευές υπέδειξαν την ύπαρξη μιας κορυφής.

Αλλά τα καινούρια αποτελέσματα από το παρατηρητήριο Degree Angular Scale Interferometer (DASI) και από το πρόγραμμα Baloon Observation s of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics (BOOMERANG),   αποκάλυψε δύο κορυφές και υποδεικνύουν ισχυρά την ύπαρξη και μιας τρίτης. «Με τα νέα αυτά στοιχεία η πληθωριστική θεωρία καθίσταται πολύ ισχυρή» παρατηρεί ο αστροφυσικός John Carlstrom του πανεπιστημίου του Σικάγου που είναι και ο αρχηγός στην ομάδα DASI. «Πάντα το πληθωριστικό μοντέλο ήταν θεωρητικά ισχυρό, τώρα έχει και ισχυρά πειραματικά ερείσματα.»

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η αναλογία μεταξύ των εντάσεων της πρώτης και δεύτερης κορυφής, η οποία δείχνει πόση συνηθισμένη ύλη (αυτή από την οποία αποτελούμαστε οι άνθρωποι, τα αστέρια και οι γαλαξίες) υπάρχει στο Σύμπαν. Σύμφωνα με τα δεδομένα από το DASI αυτή είναι μόνο 4,5% της ολικής μάζας και ενέργειας του Σύμπαντος. Ο αριθμός αυτός βρίσκεται σε καλή συμφωνία με έναν υπολογισμό που έγινε το 1998 και βασιζόταν στην ποσότητα του στοιχείου Δευτέριο που παράχθηκε κατά το Big Bang. Το υπόλοιπο 95% περίπου της μάζας του Σύμπαντος έχει τη μορφή της μυστηριώδους «σκοτεινής ύλης» και «σκοτεινής ενέργειας» τις οποίες οι επιστήμονες πιστεύουν ότι υπάρχουν αλλά δεν μπορούν να παρατηρήσουν αφού οι τελευταίες δεν εκπέμπουν κανενός είδους ακτινοβολίες.  «Η συμφωνία μεταξύ των
μετρήσεων της ποσότητας της συνηθισμένης ύλης είναι εκπληκτική» λέει ο Michael Turner του πανεπιστημίου του Σικάγου.

Οι μετρήσεις του DASI φαίνεται επίσης να επιβεβαιώνουν και την επίπεδη γεωμετρία του Σύμπαντος.«Το πλαίσιο της θεωρίας του Big Bang και η Γενική Σχετικότητα του  Einstein» προσθέτει ο Michael Turner, «πέρασαν ακόμη ένα μεγάλο τεστ».

Τα πρώτα συμπεράσματα αναφέρουν ότι η ορατή ύλη -όλα τα ακτινοβολούμενα άστρα και οι γαλαξίες, μαζί με τους ανθρώπους, τα ζώα, τα αντικείμενα και άλλα- αποτελεί ποσοστό της τάξεως του 4,5%. Το υπόλοιπο ποσοστό έχει τη μορφή μυστηριώδους «σκοτεινής» ύλης (30%) και ακόμα πιο αινιγματικών «σκοτεινών» ενεργειών (65%) του Διαστήματος, που είναι υπεύθυνες για τη συνεχώς επιταχυνόμενη απομάκρυνση των γαλαξιών.

«Με τη βοήθεια του DASI και άλλων δύο εξίσου σημαντικών επιστημονικών προγραμμάτων, του BOOMERANG και του MAXΙMA, μπορούμε να κοιτάξουμε πίσω στο παρελθόν και να ανιχνεύσουμε τους ήχους που παρήχθησαν 400.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη» δήλωσε ο Τζον Κάρλστρομ του Πανεπιστημίου του Σικάγου. «Επίσης, τα στοιχεία που συλλέξαμε με το DASI μας δίνουν άλλη μια απόδειξη -την ισχυρότερη αυτήν τη φορά- για την "επιπεδότητα" του σύμπαντος».

"Αυτή η μελέτη δείχνει πως υπάρχουν ισχυρές αποδείξεις πως, χρησιμοποιούμε το σωστό μοντέλο για να περιγράψουμε το Σύμπαν" είπε ο Paul Richards του Πανεπιστημίου της California στο Berkeley.

Μελλοντικά πειράματα

Το πείραμα Boomerang, που πήρε τα στοιχεία του από ένα τηλεσκόπιο που σηκώνεται από ένα   αερόστατο ψηλά πάνω από την Ανταρκτική, περιλαμβάνει φυσικούς από τον Καναδά, την Ιταλία, το Ηνωμένο Βασίλειο και τις ΗΠΑ. Το DASI και τα πειράματα του Maxima, αφ' ετέρου, είναι καθαρώς αμερικανικές συνεργασίες. Το DASI είναι ένα επίγειο πείραμα τοποθετημένο σε ένα παρατηρητήριο στο νότιο Πόλο και το Maxima ένα άλλο πείραμα  αερόστατου.

Στο τέλος του Ιουνίου 2001, πρόκειται να απογειωθεί ο δορυφόρος MAP της NASA. Αυτός θα πάρει πολύ πιό λεπτομερείς εικόνες της ακτινοβολίας μικροκυμάτων από τα προηγούμενα πειράματα - θα είναι περίπου 100 φορές ακριβέστερες και θα μελετήσει ολόκληρο τον ουρανό ( το Boomerang, για σύγκριση, είχε καλύψει μόνο περίπου το 3% του ουρανού). Και θα μετρήσει επίσης την πόλωση της ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι οι διαφορετικές θεωρίες της προέλευσης του κόσμου προβλέπουν διαφορετικά σχέδια πόλωσης, το MAP θα παράσχει έναν πρόσθετο έλεγχο στην ισχύ της θεωρίας του   πληθωρισμού.