Космологи хотят увидеть первые моменты Вселенной

В течение следующего десятилетия деликатное измерение первичного света может предоставить убедительные доказательства популярной теории космической инфляции, которая предполагает, что случайные микроскопические флуктуации плотности в ткани пространства и времени подарили жизнь Вселенной в процессе горячего и большого взрыва примерно 13,7 миллиарда лет назад.

Среди космологов эти слабые сигналы будет искать Джон Карлстром, заслуженный профессор астрономии и астрофизики Университета Чикаго. Карлстром работает на Телескопе Южного Полюса (SPT) с командой ученых из девяти институтов в поиске доказательств происхождения и эволюции Вселенной.

Теперь на повестке дня — испытание теории космической инфляции самым строгим наблюдательным тестом на текущий момент. Эксперимент заключается в обнаружении чрезвычайно слабых гравитационных волн, которые должны были произойти в процессе космической инфляции, согласно общей теории относительности Эйнштейна.

«Если вы обнаружите гравитационные волны, они многое расскажут об инфляции нашей Вселенной, — говорит Карлстром. Это также исключит различные конкурирующие идеи о происхождении Вселенной. — Их сейчас меньше, чем было, но они не предсказывают, что в начале был экстремальный, горячий большой взрыв, эта квантовая флуктуация». Также они не производят гравитационные волны на обнаружимом уровне.

Карлстром и его коллега Скотт Додельсон будут обсуждать этот эксперимент с космологами 16 февраля на ежегодной встрече Американской ассоциации содействия развитию науки в Чикаго. Среди известных ученых там будет Алан Гут из Массачусетского технологического института. В 1979 году Гут предложил теорию космической инфляции, в рамках которой также было предсказано существование бесконечного числа вселенных. К сожалению, проверить этот прогноз космологи не имеют возможности.

«Поскольку это отдельные вселенные, мы по определению никогда не вступим с ними в контакт. Чтобы в них не происходило, к нам это не будет иметь никакого отношения», — говорит Додельсон, ученый Национальной ускорительной лаборатории Ферми и профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета.

Но есть способ проверить обоснованность космической инфляции. Это явление произвело бы два класса возмущений. Во-первых, флуктуации плотности субатомных частиц непрерывно происходили по всей Вселенной, и ученые их уже наблюдали.

«Как правило, они происходят в атомных масштабах. Мы даже не замечаем их, — говорит Додельсон. Но инфляция могла мгновенно растянуть эти возмущения в космических пропорциях. — И эта картина на самом деле смотрится. Мы можем рассчитать, на что были бы похожи эти возмущения, и оказалось, что они отлично вписываются в производство галактик, которые мы наблюдаем во Вселенной».

Вторым классом возмущений были бы гравитационные волны — эйнштейновские возмущения пространства-времени. Гравитационные волны должны расходиться в космических пропорциях, иногда будучи достаточно мощными, чтобы космологи могли обнаружить их при помощи чувствительных телескопов, настроенных на нужную частоту электромагнитного излучения».

«Мы сможем их увидеть, если инструменты Джона достаточно чувствительны», — говорит Додельсон.

Карлстром и его соратники строят специальный инструмент, поляриметр, как дополнение к SPT для поиска гравитационных волн. SPT работает на субмиллиметровых длинах волн, между микроволновой и инфракрасной областью электромагнитного спектра.

Космологи также используют SPT в стремлении раскрыть тайну темной энергии. Сила отталкивания, темная энергия, расталкивает Вселенную и преодолевает гравитацию, силу притяжения, которую оказывает вся материя. Темная энергия невидима, но астрономы видят ее влияние на скопления галактик, которые сформировались за последние несколько миллиардов лет.

SPT обнаруживает космический микроволновый фон (CMB), послесвечение Большого Взрыва. Космологи извлекли очень много данных из реликтового излучения, которое играет роль барабанов и рогов космической симфонии. Но теперь научное сообщество навострило уши для тонов потоньше — гравитационных волн.

Источник