I løbet af det næste årti vil kosmologer forsøge at observere universets første øjeblikke i håb om at bevise en populær teori. De søger efter ekstremt svage tyngdekraftsbølger for at måle oprindeligt lys og leder efter overbevisende bevis for den kosmiske inflationsteori, der foreslår, at en tilfældig mikroskopisk densitetsudsving i rummet og tidens stof fødte universet i en varm stor bang for cirka 13,7 milliarder år siden. Et nyt instrument kaldet et polarimeter fastgøres til South Pole Telescope (SPT), der fungerer ved submillimeterbølgelængder, mellem mikrobølger og det infrarøde på det elektromagnetiske spektrum. Einsteins teori om generel relativitet forudsiger, at kosmisk inflation skulle frembringe de svage tyngdekraftsbølger.
Inflationsteori foreslår en periode med ekstremt hurtig og eksponentiel udvidelse af universet i de første par øjeblikke forud for den mere gradvise Big Bang-ekspansion, i hvilket tidsrum universets energitetthed blev domineret af en kosmologisk konstant type vakuumenergi, der senere forfaldt for at producere sagen og stråling, der fylder Space Magazine.
I 1979 foreslog fysiker Alan Guth den kosmiske inflationsteori, der også forudser eksistensen af et uendeligt antal universer. Desværre har kosmologer ingen måde at teste den særlige forudsigelse.
”Da dette er separate universer, betyder det per definition, at vi aldrig kan have nogen kontakt med dem. Intet, der sker der, har nogen indflydelse på os, ”sagde Scott Dodelson, en videnskabsmand ved Fermi National Accelerator Laboratory og professor i astronomi og astrofysik ved University of Chicago.
Men der er en måde at undersøge gyldigheden af den kosmiske inflation. Fænomenet ville have frembragt to klasser af forstyrrelser. Den første, udsving i densiteten af subatomære partikler sker kontinuerligt i hele universet, og forskere har allerede observeret dem.
”Normalt finder de bare sted på atomskalaen. Vi bemærker dem aldrig engang, ”sagde Dodelson. Men inflation ville straks strække disse forstyrrelser i kosmiske proportioner. ”Det billede fungerer faktisk. Vi kan beregne, hvordan disse forstyrrelser skal se ud, og det viser sig, at de er helt rigtige til at fremstille de galakser, vi ser i universet. ”
Den anden klasse af forstyrrelser ville være tyngdekraften - Einsteinsk forvrængning i rum og tid. Tyngdekraftsbølger ville også blive forfremmet til kosmiske proportioner, måske endda stærke nok til, at kosmologer kan registrere dem med følsomme teleskoper afstemt til den rette frekvens af elektromagnetisk stråling.
Hvis det nye polarimeter er følsomt nok, skal forskere være i stand til at registrere bølgerne.
”Hvis du registrerer tyngdekraftsbølger, fortæller det dig meget om inflation for vores univers,” sagde John Carlstrom fra University of Chicago, der udviklede det nye instrument. Carlstrom sagde, at detektering af bølgerne ville udelukke forskellige konkurrerende ideer om universets oprindelse. "Der er færre end der plejede at være, men de forudsiger ikke, at du har en så ekstrem, hot big bang, denne kvanteudsving, til at begynde med," sagde han. De ville heller ikke producere tyngdekraften på detekterbare niveauer.
En simulering ved dette link skildrer forvrængningerne i rum og tid i den subatomære skala, resultatet af kvanteudsving, der konstant forekommer i hele universet. Nær slutningen af simuleringen begynder den kosmiske inflation at strække rumtid til universets kosmiske proportioner.
Kosmologer bruger også SPT i deres søgen efter at løse mysteriet med mørk energi. En frastødende kraft, mørk energi skubber universet fra hinanden og overvælder tyngdekraften, den attraktive kraft, der udøves af al materie.
Mørk energi er usynlig, men astronomer kan se dens indflydelse på klynger af galakser, der dannede sig inden for de sidste milliarder år.
SPT registrerer den kosmiske mikrobølgebakgrundsstråling (CMB), eftergløden fra big bang. Kosmologer har udvundet en formue med data fra CMB, der repræsenterer de kraftige trommer og horn i den kosmiske symfoni. Men nu har det videnskabelige samfund sine ører hanket efter tonerne fra et subtilt instrument - tyngdekraftsbølger - der ligger til grund for CMB.
”Vi har disse nøglekomponenter til vores billede af universet, men vi ved virkelig ikke, hvad fysik producerer nogen af dem,” sagde Dodelson om inflation, mørk energi og den lige så mystiske mørke stof. ”Målet med det næste årti er at identificere fysikken.”
Kilde: University of Chicago
