Πώς μπορούμε να βρούμε τι συνέβη στην αρχή του χρόνου;

Πηγή: NewScientist, Δεκέμβριος 2005

Άλλο ένα Ιερό Δισκοπότηρο των κοσμολόγων είναι να μπορέσουν να βρουν στοιχεία για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε τον χρόνο και τον χώρο. Όμως αντίθετα από τον Βασιλιά Αρθούρο ή τον Ιντιάνα Τζόουνς οι κοσμολόγοι ξέρουν πού να ψάξουν γι αυτό.

Οι κυματισμοί του χωρόχρονου ένα μόλις κλάσμα του ενός δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη πρέπει κατά τους επιστήμονες να έχουν αφήσει τη σφραγίδα τους στην Κοσμική Μικροκυματική Ακτινοβολία Υποβάθρου (CMB), την ακτινοβολία που απέμεινε από το Big Bang. Αλλά δυστυχώς, η ίδια η ηλικία της CMB έχει κάνει αυτή τη σφραγίδα κάπως δυσανάγνωστη.

Γιατί η CMB ξεκίνησε να υπάρχει 300.000 χρόνια μετά το Big Bang, όταν το σύμπαν είχε ήδη ψυχθεί αρκετά ώστε να γίνει διαφανής στην ακτινοβολία, επιτρέποντας έτσι στα ηλεκτρόνια της αρχέγονης σούπας των σωματιδίων να δεσμευτούν με τους πυρήνες, σχηματίζοντας κατ' αυτό τον τρόπο τα πρώτα άτομα του υδρογόνου. Μετά από αυτό το γεγονός τα άτομα μπορούσαν να ιονιστούν από την ακτινοβολία και μπόρεσαν να την εκπέμψουν ξανά στο σύμπαν. Η έναρξη της ακτινοβολίας CMB  ανάγεται σε εκείνη την πρώιμη εποχή του σύμπαντος κι δεν ξεκίνησε από την πρώτη στιγμή της μΕγάλης Έκρηξης. Δεν είναι λοιπόν εύκολο να διαβάσουμε στο φάσμα της ακτινοβολίας CMB πληροφορίες για τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.

Τώρα όμως ο Asantha Cooray στο πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine και ο Kris Sigurdson στο Ίδρυμα για την Προχωρημένες Σπουδές του Princeton στο Νιου Τζέρσεϋ, έχουν επινοήσει μια μέθοδο για να ανατρέψουν τις καταστροφικές συνέπειες του χρόνου και να αποκαλύψουν τα "πληθωριστικά βαρυτικά κύματα" (IGW), όπως τα ονόμασαν.

Τα κύματα βαρύτητας είναι διαστρεβλώσεις του χωρόχρονου που προβλέπονται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, και θα είχαν δημιουργηθεί λίγες στιγμές μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Κατά τη διάρκεια αυτού του τρομερού επεισοδίου, γνωστού ως πληθωρισμός, το σύμπαν επεκτεινόταν γρηγορότερα και από την ταχύτητα του φωτός.

Οι θεωρητικοί λένε ότι αυτά τα κύματα βαρύτητας πρέπει να έχουν αλλάξει πολύ λίγο την ακτινοβολία CMB, αλλά δυστυχώς, το σήμα αυτών των κυμάτων βαρύτητας πληθωρισμού (IGW)  είναι πολύ μικρό και υπάρχουν πολλές επιδράσεις οι οποίες μπόρεσαν να εξαφανίσουν την υπογραφή τους από το φάσμα της CMB, λένε οι επιστήμονες.

Η πρώτη επίδραση - πάνω στο σήμα αυτών των βαρυτικών κυμάτων πληθωρισμού - έχει να κάνει με το γεγονός ότι έχουν ταξιδέψει στο μεγαλύτερο μέρος του αισθητού σύμπαντος, για να φθάσει σε μας σήμερα. Τέλος, η ακτινοβολία μπορεί να εκτραπεί από την ύλη - μια διαδικασία γνωστή ως βαρυτικός εστιασμός - που μπορεί να διαστρεβλώσει την CMB και να παραγάγει αποτελέσματα που μιμούνται την αναμενόμενη υπογραφή των IGW.

Οι Cooray και Sigurdson έχουν προσδιορίσει έναν τρόπο για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, και αυτός εξαρτάται από μια άλλη μορφή ακτινοβολίας που διαπερνά το σύμπαν. Τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου απορροφούν μερικές φορές ή εκπέμπουν αυθόρμητα έναν παλμό ακτινοβολίας σε ένα μήκος κύματος 21 εκατοστών, και άρχισαν να το κάνουν σχεδόν από την εποχή που η ακτινοβολία CMB άρχισε το ταξίδι της.

"Το απόμακρο φως από την CMB και από την κοσμική ακτινοβολία των 21 εκατοστών πρέπει να έχει περάσει μέσα από την ίδια περιοχή του σύμπαντος στο δρόμο της προς εμάς και πρέπει να εκτρέπονται από την βαρύτητα με παρόμοιο τρόπο", λέει ο Sigurdson. "Εκμεταλλευόμαστε αυτό το γεγονός για να βοηθήσουμε την διαδικασία του απο-εστιασμού της ακτινοβολίας CMB".

Έτσι, αυτή η μέθοδος θα επιτρέψει στους κοσμολόγους να διακρίνουν τις επιδράσεις του βαρυτικού εστιασμού  πάνω στη σφραγίδα των πληθωριστικών κυμάτων βαρύτητας (IGW) και θα ανατρέψει τα καταστροφικά γεγονότα του χρόνου, ενώ παράλληλα θα αποκαλύψει τις διαστρεβλώσεις του χωροχρόνου αναδημιουργώντας τα στιγμιότυπα μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη.

"Αυτό είναι ένα από τα Ιερά Δισκοπότηρα της κοσμολογίας", λέει ο Ben Wandelt του πανεπιστήμιου του Ιλλινόις στη Urbana-Champaign. 

Τα πειράματα για να εξετάσουν την πρώιμη ακτινοβολία των 21 cm τώρα μόνο άρχισαν, όπως είναι το LOEAR, μια μεγάλη ραδιοσειρά τηλεσκοπίων που φτιάχνεται στην Ολλανδία. Ο Sigurdson είναι αισιόδοξος ότι τέτοια πειράματα θα βοηθήσουν στην αποκάλυψη της υπογραφής των κυμάτων βαρύτητας. "Το σύμπαν είναι το τελευταίο πείραμα φυσικής," αναφέρει. "Εάν μπορέσουμε να συντονιστούμε στο κοσμικό ραδιοσταθμό και να δούμε όλη την πληροφορία που βρίσκεται κρυμμένη εκεί έξω, μπορούμε τελικά να απαντήσουμε στα ζητήματα των πρώτων στιγμών του χρόνου."