Pagal Didysis sprogimas kosmologinis modelis, mūsų Visata atsirado prieš 13,8 milijardo metų, kai visa kosmoso materija ir energija pradėjo plėstis. Manoma, kad šis „kosminės infliacijos“ laikotarpis lemia plataus masto Visatos struktūrą ir kodėl erdvė bei Kosminis mikrobangų fonas (CMB) atrodo iš esmės vienodi visomis kryptimis.
Tačiau iki šiol nebuvo atrasta jokių įrodymų, galinčių neabejotinai patvirtinti kosminės infliacijos scenarijų arba paneigti alternatyvias teorijas. Tačiau dėka a naujas tyrimas Harvardo universiteto ir Harvardo-Smithsono astrofizikos centro (CfA) astronomų komanda mokslininkai gali turėti naują priemonę, kaip išbandyti vieną iš pagrindinių Didžiojo sprogimo kosmologinio modelio dalių.
Jų laikraštis pavadinimu „ Unikalūs infliacijos alternatyvų pirštų atspaudai pirmykščio galios spektre “, neseniai pasirodė internete ir yra svarstoma paskelbtiFizinės apžvalgos laiškai. Tyrimą atliko Xingangas Chenas ir Abrahamas Loebas – atitinkamai Harvardo universiteto vyresnysis dėstytojas ir Harvardo universiteto astronomijos katedros dėstytojas Frankas D. Bairdas – ir Zhong-Zhi Xianyu, Harvardo universiteto Fizikos katedros doktorantas.
Apibendrinant, fizikinėje kosmologijoje kosminės infliacijos teorija teigia, kad 10 val.-36sekundės po Didžiojo sprogimo, singuliarumas, kuriame buvo sutelkta visa medžiaga ir energija, pradėjo plėstis. Manoma, kad ši „infliacijos epocha“ truko iki 10 d-33iki 10-32sekundės po Didžiojo sprogimo; po to Visata pradėjo plėstis lėčiau. Remiantis šia teorija, pradinis Visatos plėtimasis buvo greitesnis už šviesos greitį.
Teorija, kad tokia epocha egzistavo, yra naudinga kosmologams, nes ji padeda paaiškinti, kodėl Visatoje yra beveik vienodos sąlygos regionuose, kurie yra labai nutolę vienas nuo kito. Iš esmės, jei kosmosas atsirado iš mažo erdvės tūrio, kuris buvo išpūstas, kad taptų didesnis, nei galime šiuo metu stebėti, tai paaiškintų, kodėl didelio masto Visatos struktūra yra beveik vienoda ir vienalytė.
Tačiau tai anaiptol ne vienintelis paaiškinimas, kaip atsirado Visata, o galimybės bet kurį iš jų falsifikuoti istoriškai trūko. Kaip profesorius Abrahamas Loebas sakė „Universe Today“ el. paštu:
„Nors daugelis stebimų mūsų visatos struktūrų savybių atitinka infliacijos scenarijų, yra tiek daug infliacijos modelių, kad sunku jį suklastoti. Infliacija taip pat paskatino multivisatos sampratą, kurioje viskas, kas gali nutikti, įvyks be galo daug kartų, ir tokios teorijos neįmanoma suklastoti eksperimentais, o tai yra tradicinės fizikos prekės ženklas. Iki šiol yra konkuruojančių scenarijų, nesusijusių su infliacija, kai visata pirmiausia susitraukia, o paskui atšoka, o ne prasideda nuo Didžiojo sprogimo. Šie scenarijai gali atitikti dabartinius infliacijos rodiklius.
Savo tyrimo tikslais Loebas ir jo kolegos sukūrė nuo modelio nepriklausomą būdą infliacijai atskirti nuo alternatyvių scenarijų. Iš esmės jie siūlo, kad masyvūs pirmykštės visatos laukai patirtų kvantinius svyravimus ir tankio trikdžius, kurie tiesiogiai fiksuotų ankstyvosios Visatos mastelį kaip laiko funkciją, t. y. jie veiktų kaip „standartinis Visatos laikrodis“.
Matuodami signalus, kuriuos jie prognozuoja iš šių laukų, jie iškelia hipotezę, kad kosmologai galėtų pasakyti, ar ankstyvosios Visatos susitraukimo ar besiplečiančioje fazėje atsirado tankio svyravimų. Tai leistų jiems veiksmingai atmesti kosminės infliacijos alternatyvas (pvz., Didelis Bounce scenarijus). Kaip paaiškino Loebas:
„Daugeliu atvejų natūralu, kad ankstyvojoje visatoje yra didžiulis laukas. Masyviojo lauko trikdžiai tam tikroje erdvinėje skalėje svyruoja kaip rutulys, einantis aukštyn ir žemyn potencialo šulinyje, kur masė diktuoja svyravimų dažnį. Tačiau trikdžių raida taip pat priklauso nuo nagrinėjamo erdvinio mastelio, taip pat nuo foninio mastelio faktoriaus (kuris eksponentiškai didėja taikant bendruosius infliacijos modelius, bet mažėja, kai modeliai mažėja).
Loebo teigimu, šie trikdžiai būtų bet kokių šiandienos astronomų Visatoje stebimų tankio svyravimų šaltinis. Kaip susiformavo šie variantai, galima nustatyti stebint foninę visatą – konkrečiai, ar ji plėtėsi ar traukėsi, ką astronomai gali atskirti.
„Mano metafora, visatos mastelio veiksnys turi įtakos juostos tempimo greičiui, kai laikrodis palieka joje žymes“, – pridūrė Loebas. „Naujas signalas, kurį mes prognozuojame, atskleidė, kaip nevienodumo lygis visatoje keičiasi atsižvelgiant į erdvinį mastelį.
Šioje iliustracijoje pavaizduota Visatos raida nuo Didžiojo sprogimo kairėje iki šių dienų dešinėje. Nuotrauka: NASA
Trumpai tariant, Loebas ir jo kolegos nustatė galimą signalą, kurį būtų galima išmatuoti naudojant dabartinius instrumentus. Tai apima tuos, kurie tiria kosminį mikrobangų foną (CMB), pvz., ESA. Planckaskosmoso observatorija – ir tie, kurie atliko galaktikų tyrimus – Sloano skaitmeninio dangaus tyrimas , VLT apklausos teleskopas , Laumžirgis teleskopas ir kt.
Ankstesniuose tyrimuose buvo pasiūlyta, kad tankio svyravimai pirmykštėje Visatoje gali būti aptikti ieškant ne Gauso ypatybių, kurios yra Gauso funkcijos įverčio pataisos, skirtos fizikiniam dydžiui – šiuo atveju CMB – matuoti. Tačiau, kaip sakė Loebas, jie dar net nebuvo aptikti:
„Naujasis virpesių signalas yra pirminio tankio trikdžių galios spektre (kuris reguliariai matuojamas iš kosminio mikrobangų fono [CMB] arba galaktikų tyrimų), o ankstesni pasiūlymai literatūroje buvo susiję su ne Gauso reiškiniais, kurie yra daug daugiau. sudėtinga išmatuoti (ir dar nebuvo aptikta). Mūsų dokumente pateikti rezultatai yra labai savalaikiai, nes išplėsti duomenų rinkiniai renkami naujais CMB anizotropijų ir galaktikų tyrimų stebėjimais.
Supratimas, kaip prasidėjo mūsų Visata, yra bene esminis mokslo ir kosmologijos klausimas. Jei taikant šį metodą galima atmesti alternatyvius paaiškinimus, kaip atsirado Visata, tai priartins mus vienu žingsniu prie laiko, erdvės ir pačios gyvybės ištakų nustatymo. Klausimai „iš kur mes kilę? ir 'kaip viskas prasidėjo?' pagaliau gali turėti galutinį atsakymą!
Papildoma literatūra: arXiv