Suure Paugu kosmoloogilise mudeli järgi sai meie Universum alguse 13,8 miljardit aastat tagasi, kui kogu asi ja energia kosmoses hakkas laienema. Arvatakse, et see "kosmilise inflatsiooni" periood moodustab Universumi suuremahulise struktuuri ja miks näivad kosmos ja kosmilise mikrolaine taust (CMB) kõigis suundades üldiselt ühtlased.
Kuid tänaseks pole suudetud leida tõendeid, mis võiksid kindlasti tõestada kosmilise inflatsiooni stsenaariumi või välistada alternatiivseid teooriaid. Kuid tänu Harvardi ülikooli ja Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskuse (CfA) astronoomide meeskonna uuele uuringule võib teadlastel olla uus vahend Suure Paugu kosmoloogilise mudeli ühe võtmeosa testimiseks.
Nende artikkel pealkirjaga "Inflatsiooni alternatiivide ainulaadsed sõrmejäljed ürgses elektrispektris" ilmus hiljuti veebis ja kaalutakse selle avaldamist Füüsilise ülevaate kirjad. Uuringu viisid läbi Xingang Chen ja Abraham Loeb - vastavalt Harvardi ülikooli vanemõppejõud ja vastavalt Harvardi ülikooli astronoomia õppetool Frank D. Baird - ning Harvardi ülikooli füüsikaosakonna järeldoktor Zhong-Zhi Xianyu.
Füüsilises kosmoloogias öeldakse kosmilise inflatsiooni teoorias, et kell 10-36 sekundit pärast Suurt Pauku hakkas laienema ainulaadus, kus kogu aine ja energia oli koondunud. Arvatakse, et see inflatsiooniajastu kestis 10. aastani-33 kuni 10-ni-32 sekundit pärast Suurt Pauku; pärast seda hakkas Universum aeglasemalt laienema. Selle teooria kohaselt oli Universumi esialgne paisumine kiirem kui valguse kiirus.
Teooria, et selline ajajärk eksisteeris, on kosmoloogidele kasulik, kuna see aitab selgitada, miks Universumis on peaaegu samad tingimused üksteisest väga kaugel asuvates piirkondades. Põhimõtteliselt, kui kosmos pärineks väikesest ruumi ruumist, mis oli täis pumbatud, et saada suuremaks, kui me praegu võime täheldada, siis see seletaks, miks Universumi suuremahuline struktuur on peaaegu ühtlane ja homogeenne.
Kuid see pole kaugeltki ainus seletus sellele, kuidas Universum tekkis, ja suutlikkust mõnda neist võltsida on ajalooliselt puudunud. Nagu professor Abraham Loeb ütles ajakirjale Space Magazine:
“Ehkki paljud meie universumis leiduvad struktuuride omadused on kooskõlas inflatsioonistsenaariumiga, on inflatsiooni mudeleid nii palju, et seda on keeruline võltsida. Inflatsioon viis ka arusaamani mitmeversioonist, kus kõik, mis juhtuda võib, juhtub lõpmatu arv kordi ja sellist teooriat on katsete abil võimatu võltsida, mis on traditsioonilise füüsika kaubamärk. Nüüdseks on olemas konkureerivad stsenaariumid, mis ei hõlma inflatsiooni, kus universum kõigepealt kokku tõmbab ja siis põrkab, selle asemel et alustada Suurest Paugust. Need stsenaariumid võiksid vastata praegustele inflatsiooni jälgitavatele näitajatele. ”
Loeb ja tema kolleegid töötasid uuringu huvides välja mudelisõltumatu viisi inflatsiooni eristamiseks alternatiivsetest stsenaariumidest. Põhimõtteliselt teevad nad ettepaneku, et ürgses universumis esinevad massiivsed väljad kvantkõikumisi ja tiheduse häireid, mis registreeriksid varajase universumi skaala aja funktsioonina - s.t. need toimiksid omamoodi “universumi standardkellana”.
Mõõtes signaale, mida nad arvavad tulevat nendest väljadest, hüpoteesivad nad, et kosmoloogid oskaksid öelda, kas varase universumi kokkutõmbumise või laieneva faasi ajal külvatakse tiheduse kõikumisi. See võimaldaks neil tõhusalt välistada kosmilise inflatsiooni alternatiivid (näiteks Big Bounce'i stsenaarium). Nagu Loeb selgitas:
„Enamiku stsenaariumide puhul on loomulik, et varajases universumis on tohutu väli. Konkreetse ruumilise skaala massiivväljas esinevad häiringud võnkuvad ajas nagu pall, mis liigub potentsiaalses süvendis üles ja alla, kus mass dikteerib võnkesageduse. Kuid perturbatsioonide areng sõltub ka vaadeldavast ruumilisest skaalast ja taustskaala tegurist (mis üldiste inflatsioonimudelite korral suureneb eksponentsiaalselt, lepinguliste mudelite puhul aga väheneb). "
Need häiringud, ütles Loeb, oleksid igasuguste tiheduse muutuste allikaks, mida kosmoseajakirja astronoomid täheldasid. Seda, kuidas need variatsioonid kujundati, saab kindlaks teha taustauniversumi jälgimisega - täpsemalt, kas see laienes või kahanes, mida astronoomid suudavad eristada.
"Minu metafooris mõjutab universumi mastaapide tegur lindi tõmbamise kiirust, kuna kell jätab sellele linnukese," lisas Loeb. "Uus signaal, mida me ennustame, on trükitud sellele, kuidas universumi ebaühtluste tase muutub ruumilise ulatusega."
Lühidalt, Loeb ja tema kolleegid leidsid potentsiaalse signaali, mida saaks mõõta praeguste mõõteriistade abil. Nende hulka kuuluvad need, kes on uurinud kosmilise mikrolaine tausta (CMB) - näiteks ESA Planck kosmosevaatluskeskus - ja need, kes on viinud läbi galaktikavaatlusi - Sloani digitaalse taeva uuring, VLT uuringuteleskoop, Dragonfly teleskoop jne.
Varasemates uuringutes on soovitatud, et tiheduse kõikumisi ürgses universumis võiks tuvastada mittegaussilisuste tõendite otsimine, mis on Gaussi funktsiooni hinnangu korrektsioonid füüsikalise suuruse mõõtmiseks - antud juhul CMB. Kuid nagu Loeb ütles, tuleb neid veel tuvastada:
„Uus võnkesignaal on ürgse tiheduse häirete toitespektris (mida mõõdetakse tavaliselt kosmilise mikrolaine fooni [CMB] või galaktikate uuringute põhjal), samas kui varasemad kirjanduse soovitused käsitlesid mitte-Gaussia olemustega seotud efekte, mida on palju rohkem väljakutsuv mõõta (ja neid polnud veel tuvastatud). Meie töös esitatud tulemused on väga õigeaegsed, kuna laiendatud andmekogumeid kogutakse CMB anisotroopiate ja galaktikate uuringute uute vaatluste abil. ”
Meie universumi alguse mõistmine on võib-olla teaduse ja kosmoloogia kõige põhilisemad küsimused. Kui seda meetodit kasutades on võimalik välistada alternatiivsed seletused selle kohta, kuidas Universum alguse sai, siis viib see meid ühe sammu lähemale aja, ruumi ja elu ise päritolu määramisele. Küsimused “kust me tuleme?” ja "kuidas see kõik algas?" võib-olla on lõpuks kindel vastus!
