I løpet av det neste tiåret vil kosmologer forsøke å observere de første øyeblikkene i universet, i håp om å bevise en populær teori. De vil søke etter ekstremt svake tyngdekraftsbølger for å måle primordialt lys, og lete etter overbevisende bevis for den kosmiske inflasjonsteorien, som foreslår at en tilfeldig mikroskopisk tetthetssvingning i stoffets rom og tid fødte universet i et hett stort smell for omtrent 13,7 milliarder år siden. Et nytt instrument kalt et polarimeter blir festet til South Pole Telescope (SPT), som opererer på bølgelengder på submillimeter, mellom mikrobølger og det infrarøde på det elektromagnetiske spekteret. Einsteins teori om generell relativitet forutsier at kosmisk inflasjon skulle produsere de svake tyngdekraften.
Inflasjonsteori foreslår en periode med ekstremt rask og eksponentiell ekspansjon av universet i løpet av de første øyeblikkene før den mer gradvise Big Bang-utvidelsen, i løpet av hvilken tid universets energitetthet ble dominert av en kosmologisk konstant type vakuumenergi som senere råtnet for å produsere saken og strålingen som fyller Space Magazine.
I 1979 foreslo fysiker Alan Guth den kosmiske inflasjonsteorien, som også spår eksistensen av et uendelig antall universer. Dessverre har kosmologer ingen måte å teste den spesielle prediksjonen.
"Siden dette er separate universer, betyr det per definisjon at vi aldri kan ha noen kontakt med dem. Ingenting som skjer der har noen innvirkning på oss, sier Scott Dodelson, forsker ved Fermi National Accelerator Laboratory og professor i astronomi og astrofysikk ved University of Chicago.
Men det er en måte å undersøke gyldigheten av kosmisk inflasjon. Fenomenet ville ha produsert to klasser med forstyrrelser. Den første, svingninger i tettheten av subatomære partikler skjer kontinuerlig i hele universet, og forskere har allerede observert dem.
”Vanligvis foregår de bare i atomskalaen. Vi legger aldri merke til dem, ”sa Dodelson. Men inflasjonen ville øyeblikkelig strekke disse forstyrrelsene i kosmiske proporsjoner. “Det bildet fungerer faktisk. Vi kan beregne hvordan disse forstyrrelsene skal se ut, og det viser seg at de er helt riktige til å produsere galaksene vi ser i universet. ”
Den andre klassen med forstyrrelser ville være gravitasjonsbølger — Einsteinian forvrengninger i rom og tid. Tyngdekraftsbølger vil også bli forfremmet til kosmiske proporsjoner, kanskje til og med sterke nok til at kosmologer kan oppdage dem med følsomme teleskoper innstilt på riktig frekvens av elektromagnetisk stråling.
Hvis det nye polarimeteret er følsomt nok, skal forskere kunne oppdage bølgene.
"Hvis du oppdager gravitasjonsbølger, forteller den deg mye om inflasjon for universet vårt," sa John Carlstrom fra University of Chicago, som utviklet det nye instrumentet. Carlstrom sa at å oppdage bølgene ville utelukke forskjellige konkurrerende ideer om universets opprinnelse. "Det er færre enn det pleide å være, men de spår ikke at du har en så ekstrem, hot big bang, denne kvantefluktuasjonen, til å begynne med," sa han. De ville heller ikke produsere tyngdekraftsbølger på påviselige nivåer.
En simulering ved denne koblingen skildrer forvrengningene i rom og tid i den subatomære skalaen, resultatet av kvantumsvingninger som oppstår kontinuerlig i hele universet. Nær simuleringens slutt begynner kosmisk inflasjon å strekke romtid til universets kosmiske proporsjoner.
Kosmologer bruker også SPT i sin søken for å løse mysteriet om mørk energi. En frastøtende, mørk energi skyver universet fra hverandre og overvelder tyngdekraften, den attraktive kraften som utøves av all materie.
Mørk energi er usynlig, men astronomer kan se dens innflytelse på klynger av galakser som dannet seg i løpet av de siste milliarder årene.
SPT oppdager den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) -strålingen, ettergløden til det store smellet. Kosmologer har utvunnet en formue med data fra CMB, som representerer de kraftige trommene og hornene i den kosmiske symfonien. Men nå har det vitenskapelige samfunnet ørene tappet for tonene til et subtilere instrument - gravitasjonsbølger - som ligger til grunn for CMB.
"Vi har disse nøkkelkomponentene til vårt bilde av universet, men vi vet egentlig ikke hva fysikk som produserer noen av dem," sa Dodelson om inflasjon, mørk energi og den like mystiske mørke materien. "Målet med det neste tiåret er å identifisere fysikken."
Kilde: University of Chicago
