Gökyüzündeki sırları keşfedin, zamanın ve uzayın nasıl doğduğunu bileceğiz
Her şeyin nasıl başladığını anlamak için, Antarktika'daki Amundsen-Scott İstasyonundan 1 kilometre uzaklıkta, dünyanın sonuna gitmeniz gerekiyor. Orada, devasa beyaz vahşi doğanın üzerine kıvrılan bir teleskop, en eski sorulardan biri olan evrenin nasıl oluştuğunu bulmak için zamanın başından itibaren ışığı yeterince yakından yakaladı.
En ünlü cevaplardan biri, evrenin ilk anda muazzam bir şekilde büyüdüğü ve sadece birkaç saniyedeki genişlemenin neredeyse sonraki 13,8 milyar yıldaki genişleme kadar büyük olduğudur.
Birkaç yıl önce, Antarktika Teleskobu'nu inşa eden araştırmacılar, evrenin genişlemesine dair kanıtlar bulduklarına ikna oldular.Bu dönen modeller eski ışıkla yazılmış ve evrenin erken genişlemesini işaret ediyordu. Keşifleri tüm dünyada manşetlere taşındı. Sonra analizlerinde bir hata olduğunu ve sonucun hiçbir şey olmadığını anladılar.
Ama bu hikayenin sonu değil. Bu fizikçiler yeniden çalışmaya başladılar ve şimdi, neredeyse beş yıl sonra, gerçekten avı yakalamaya hazırlar. Bu sefer daha temkinli olacaklar. Şu anda, en az on yıldır, başka hiçbir teleskop bu yakalanması zor sinyalleri gözlemleyemediğinden, onların yükseltilmiş detektörü, her şeyin kökeni hakkındaki gerçeği bulmak için en iyi şansımız.
Chicago Üniversitesi'nden kozmolog Dan Hooper, "Bu muhtemelen bugün kozmolojideki en heyecan verici şey. Bu deneyler sayesinde, şimdi genişleme sinyalleri bulmayı umduğumuz alanları keşfetmeye başlıyoruz." Dedi.
Bu teleskopun aradığı ışığa kozmik mikrodalga arka plan (CMB) denir. Büyük Patlama'dan sonraki 380.000 yılda, bir grup sıcak ve yoğun atom altı parçacıktan başka bir şey yoktu. Aralarına sıkıştırılan foton kaçamaz. Nesne daha sonra hidrojen atomları oluşturacak kadar soğutulur ve bu noktada fotonlar engelsiz hareket edebilir. Sanki birisi bir düğmeye basmış gibi: ışık her yönden dışarı fırlar ve evren şeffaf hale gelir. SPK, ilk kez piyasaya sürülen fotonlardan oluşur.
Bu ışığı çıplak gözlerinizle göremezsiniz, çünkü evren genişledikçe, görünür ışıktan mikrodalgalara, dolayısıyla adı da uzanır. Ancak tüm uzaya nüfuz etmiş ve her yönden yeryüzüne inmiş, her zaman zengin bir bilgi kaynağı olmuştur. Fransa'daki Paris Diderot Üniversitesi'nden Jacques Delabrouille şunları söyledi: SPK çok özel, aramızda yaydığı tüm yapılarda parıldayan bir tür arka plan ışığı. Temel olarak tüm evrenin tarihini araştırdı. "
Aydınlatabileceği en tartışmalı fikirlerden biri, evrenin ilk anlarda nasıl genişlediğini açıklayan bir hipotez olan evrenin genişlemesidir. Bu garip görünse de, genişleme, evrendeki galaksilerin şaşırtıcı derecede düzgün dağılımı için iyi bir açıklamadır. Şaşırtıcı bir şekilde, çünkü kuantum teorisi bize küçük enerji dalgalanmalarının evrenin ilk anlarında ortaya çıkmaya devam etmesi gerektiğini söylüyor. Bu, parçacıkların rastgele yerlere girip yok olmasına neden olacak ve bu da, evren genişledikçe genişlemesi gereken eşitsiz bir madde dağılımına neden olacaktır. Ancak bu dengesizliği göremiyoruz. Gözlemlediğimiz pürüzsüz evren, bu dengesiz farkı ortadan kaldıran hızlı bir başlangıç büyümesinden kaynaklanıyor olabilir.
En azından, çeşitli enflasyon modellerinin tartıştığı şey budur ve SPK belli bir ölçüde destek sağlamıştır. Temmuz 2018'de, Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uydusu şimdiye kadarki en doğru CMB haritasını yayınladı. Çizdiği küçük sıcaklık değişiklikleri, en popüler genişleme modellerindeki birkaç temel tahminle temelde tutarlıdır.
Princeton Üniversitesi kozmologu Paul Steinhardt, genişleme hipotezinin orijinal tasarımcılarından biriydi ve şimdi o ve diğerleri, özünde, bu hipotezin gözlemle göz ardı edilemeyecek kadar esnek olduğuna inanıyor. . En önemli seçeneklerden birini ciddiye almamız gerektiğini düşünüyorlar: evrenimiz, önceki evrenin çöküşünün ve geri tepmesinin sonucudur. Son zamanlarda, bu devasa geri tepme sahnesinin kendisinde de bazı "geri tepmeler" var. Birkaç grup bunun teorik olarak mümkün olduğunu ve garip fiziğe atıfta bulunmaksızın başarılabileceğini kanıtladı.
CMB bu sorunu çözebilir, ancak ancak mikrodalganın seyahat yönü boyunca nasıl döndüğünü daha ayrıntılı olarak anlayabildiğimizde, mevcut imajı geliştirebiliriz. Planck, sözde polarizasyon olan bu özelliğin haritasını çıkardı, ancak hassasiyet sınırlıdır. Yani şimdi bile, sorunun yüzeyine neredeyse hiç dokunmadık. De La Broyer, "Bu, SPK'nın son sırrıdır" dedi.
Fikirleri, şiddetli bir genişlemenin erken evrenin yapısında türbülansa neden olacağı ve yerçekimi dalgaları üreteceği yönündedir. Lazer İnterferometrik Yerçekimi Dalgası Gözlemevi'nin (LIGO) kurucusu, kara deliklerin çarpışmasının neden olduğu uzay-zaman dalgalarını tespit ettiği için 2017'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Öyle olsa bile, bu küçük dalgalar kozmik mikrodalga arka plan dalgasının kutuplaşma sürecinde izler bırakacak ve B-modu adı verilen bir tür girdap akımı modu oluşturacak.
Birleşik Krallık'taki Cardiff Üniversitesi'nden Erminia Calabrese, Bu sinyalin genliği farklı enflasyon modellerine göre değişebilir. Bu nedenle, bu özelliğin ölçülmesi sadece enflasyonun açık bir göstergesi olmayacak. Kanıtlar bize nasıl olduğunu da anlatacak. "
Sorun şu ki, orijinal yerçekimi dalgasının bu eski ışığı bozduğunda bıraktığı herhangi bir sinyalin ayırt edilmesi son derece zor olacaktır. Birincisi, bunlar çok ince ve Planck tarafından tanımlanan sıcaklık dalgalanmalarından çok daha küçük. Ek bir karmaşıklık var, yani, evrendeki ışığı bozabilecek diğer tüm maddeler tarafından yaratılan benzer görünüm modellerinden ayrılması gerekiyor.
Bunu, Güney Kutbu'nda bulunan bir grup küçük gözlemevinden biri olan BICEP2 teleskopunun araştırmacılarından daha iyi kimse bilemez. Mart 2014'te, kozmik mikrodalga arka planın kutuplaşmasında ilkel yerçekimi dalgalarının özelliklerini tespit ettiklerini açıkladılar. Keşfi dünya çapında gazete manşetlerinde bildirdi. Ancak daha yakından gözlemler, bu sinyalin ilkel dalgalanmalardan değil, daha sıradan bir şeyden kaynaklandığını gösteriyor: galaksimizi dolduran toz.
BICEP2 teleskopu tarafından gözlemlenen frekans aralığında, mikroskobik parçacıklar yerel manyetik alanla hizalanma eğilimindedir, böylece mikrodalga saçılması B-modu desenleri oluşturabilir. BICEP ekibi bunu biliyordu, ancak tozun sinyalleri üzerindeki etkisini ciddi şekilde hafife aldı.
İlgili herkes için bu hata üzücü bir deneyimdi. Araştırmacılar, sinyali gürültüden nasıl ayıracaklarına dikkat ederek çalışmaya geri dönmeye devam ettiler. Aletlerini geliştirmek için her yaz Antarktika'ya dönüyorlar. Yeniden adlandırılan BICEP / Keck dizi projesini yöneten Harvard Üniversitesi'nden John Kovac, "Bu benim en sevdiğim şeylerden biri. Bu teleskopları biz yaptık ve biz Onları onarmak için hala oraya gidebilirsiniz. Bu gerçek bir macera. "
Tamir etmek yeterli değil. 2014'ten beri Kovac ve meslektaşları teleskobun orijinal hassasiyetini büyük ölçüde geliştirdiler. BICEP2 dedektöründe 256 piksel var, ancak halefi BICEP31280 piksele sahip ve ayrıca Keck dizisini de eklediler. Antarktika Teleskobu başkanı John Carlstrom (John Carlstrom) şöyle dedi: "İyileşme çok büyük. Duyarlılık açısından kimsenin BICEP / Keck insanlarına yakın olduğunu düşünmüyorum."
Benzer şekilde, Keck dizisi ekibin farklı belirli dalga boylarına uyum sağlamasına olanak tanır. Bu yararlıdır çünkü Planck yakın zamanda Samanyolu'ndaki belirli dalga boylarındaki ışığın diğer dalga boylarındaki ışıktan daha polarize olduğunu ve orijinal yerçekimi dalgalarının ürettiği polarizasyonun tutarlı kalması gerektiğini gösterdi. Kovac, "Bu muhtemelen en önemli ders. Dalga boyuyla değişmeyen bir sinyal görürseniz, bir şeyler bulacaksınız.
BICEP / Keck dizisinden daha geniş bir gökyüzü aralığı ile CMB'yi inceleyen Antarktika Teleskobu'ndan bir başka itici güç geliyor. Bu, onu başka bir ön plan kirliliği kaynağını haritalamak için güçlü bir araç haline getirir. Galaksinin yerçekiminin, kozmik mikrodalga arka plan dalgasını deforme ederek orijinal B-modunun inanılmaz bir simülasyonunu yarattığı ortaya çıktı. Ancak, son iki yılda, Karlstrom ve ekibi bu bozulmayı ölçebildiklerini kanıtladılar, bu da onu resimden kaldırabilecekleri anlamına geliyor.
Kovac, "Artık bu yöntemleri birleştirebiliriz, sinyal ve gürültüyü ayırmak için daha güçlü bir yolumuz var, her zamankinden daha derine inebiliriz." Aslında, çoktan başladılar. En son BICEP / Keck dizisi kurulumu 2016'da veri toplamaya başladı ve şu anda iyileştiriliyor. Soru şu ki, eğer SPK gerçekten oraya gömülmüşse, genişleme belirtilerini ortaya çıkaracak kadar derine inebilir mi?
Bilim insanları her yaz Antarktika Teleskobu BICEP2 ve Keck dizisine ince ayar yapmak için uçuyor
Kovac'ın ihtiyatı anlaşılabilir. Herhangi bir tespitin çeşitli çapraz kontroller gerektirdiğini söyledi: Birincisi, aynı sinyali görmek için gökyüzünün farklı alanlarını gözlemlemek için diğer teleskopları kullanmaktır. Yine, büyük ölçüde sinyalin boyutuna bağlıdır. Kovac'ın düşünceli tepkisi hâlâ açık bir iyimserliği gizliyor.
Bu iyimserliğin nedeni, B modunun küçük bir pencerede gizleniyor olması olabilir. Bunları tespit edip edemeyeceğimiz güçlerine bağlıdır ve bunları SPK'nın istatistiksel özelliklerini (yani, tensörün skalere oranı) ölçerek tanımlayabiliriz. 2018'de yayınlanan Planck SPK haritası, bu oranın 0,001'i aşması gerektiğini gösteriyor. Geçen yıl Ekim ayında açıklanan BICEP'in son ölçüm sonuçları, bu değerin 0,06'yı geçemeyeceğini gösteriyor. Sonuç, en popüler genişleme modeli doğruysa, orijinal yerçekimi dalgasının, BICEP / Keck dizisinin algılamaya başladığı enerji penceresi olan arada bir yerde saklanması gerektiğidir.
Bilim adamları şimdiden BICEP / Keck dizisinin hiçbir şey göremediği bir sahne hazırlıyor ve gelecek nesil yer tabanlı CMB teleskop işbirliğini planlıyor. Toplam enerjisi mevcut tüm gözlemevlerinin toplamının 10 katı olacak. Bazı insanlar uzay teleskopları bile tasarlıyor. Ancak tüm bu planlar hala planlanıyor. Yani, küçük bir grup için, evren anlayışımızı değiştirmek için büyük bir fırsat var. Higgs bozonu, yüzlerce bilim adamından oluşan bir ekip tarafından keşfedildi. Öte yandan, BICEP / Keck ekibi, iki teleskop ve 60 kişiden fazla bir ekip ile benzer büyük keşifler yapabilir.
Orijinal B-modu sinyali enerji penceresinin üst kısmındaysa, yakında gözlemlenecektir. Kovac, "Sinyal bu aralığın üst ucunda ortaya çıkarsa işler daha da ilginç hale gelecektir." Dedi.
Geçen yıl Ekim ayında açıklanan ölçüm sonuçları yalnızca 2015 yılında BICEP kullanılarak toplandı. Ancak şu ana kadar gözlemevinin iki bölümü iki yıldır veri topladı, ancak ikisi de serbest bırakılmadı.
"İspat yükü çok büyük," dedi Karlstrom. "Sinyalin derinlere gömülü olduğunu biliyoruz. Ancak bu ölçümü yapmalıyız. Zamanın şafağını görme şansımız var."
