Если воображение большого взрыва вызывает головную боль, что произошло, момент спустя мог бы заставить его взорваться. Космологи думают просто родившаяся вселенная — горячий, плотный суп вопроса и энергии — прошел взрыв расширения быстрее, чем скорость света. Как волшебный воздушный шар, космос удвоил свой размер 60 раз в промежутке 10-32 секунд.
Эта фаза, известная как инфляция, законченная задолго до вселенной, была даже старой секундой.Теперь, 13,7 миллиардов лет спустя, космологи обнаружили то, что они говорят, первое прямое доказательство этой инфляции — одно из самых больших открытий в области за 20 лет. От изучения реликтового излучения (CMB) — оставшейся радиации от большого взрыва — они определили следы гравитационных волн — волнистости в ткани пространства и времени — это слегка колебалось через вселенную в ту бесконечно мало короткую эпоху после ее рождения. Отпечаток этих гравитационных волн на CMB соответствует тому, что теоретики предсказывали в течение многих десятилетий.
Результаты, о которых объявляют этим утром на научной презентации в Смитсоновском Гарвардом Центре Астрофизики в Кембридже, Массачусетс, также показывают, что сила тяжести — в самом маленьком масштабе — следует правилам квантовой механики, подобной другим силам, таким как электромагнетизм.“Это – поразительный результат”, говорит Алан Гат, космолог в Массачусетском технологическом институте в Кембридже и одном из оригинальных сторонников инфляции. Гат — кто не был вовлечен в работу, выдвигаемую на первый план сегодня — говорит, что исследователи показали ему, эскиз заворачивает в бумагу неделю назад после клятвы его к тайне. “Наблюдения на очень высоком уровне значения”, говорит он. Андрей Линд, космолог в Стэнфордском университете в Калифорнии, развивший одну из наиболее теоретически успешных моделей инфляции, соглашается: “Если эти результаты являются правильными, инфляционная теория проходила свой самый трудный тест когда-либо”.
Открытие прибывает из наблюдений маленьким, но современным телескопом в Южном полюсе, выделенном проекту, известному как Фоновое Отображение Космической Внегалактической Поляризации (BICEP). Точно так же, как видимый свет и другие виды электромагнитного излучения, электрические и магнитные поля космической микроволновой печи могли колебаться вдоль любого бесконечного числа ориентаций. Телескоп, используемый исследователями BICEP, разработан для картографирования ориентации — или поляризация — CMB, поскольку это варьируется по различным частям неба. В данных, взятых от маленького участка неба между январем 2010 и декабрем 2012, исследователи нашли случайный образец слабых подобных завихрению водоворотов в CMB.
Такие водовороты, названные способами B, являются признаком гравитационных волн в исконной вселенной и — много космологов говорят — дымящееся оружие для инфляции.“Мы полагаем, что гравитационные волны могли быть единственным способом ввести этот образец B-способа”, говорит Джон Ковач, космолог в Гарварде и одном из четырех научных руководителей BICEP.Согласно стандартной модели космологии, когда вселенная возникла, она содержала квантовую область, подобную электрическому полю, мутившемуся с квантовыми колебаниями.
Инфляция увеличила те бесконечно малые колебания к огромному размеру, различиям в отборе в плотности, энергии и вопросе, в конечном счете приведшем к космической структуре, которую мы видим сегодня с галактиками и другими особенностями. Колебания также создали разновидности в температуре CMB через небо, от которого космологи определили содержание вселенной с точки зрения обычного вопроса, таинственная темная материя, сила тяжести которой связывает галактики и странную протягивающую пространство темную энергию.
Но, благодаря квантовой механике, мало того, что квант выставлял созданный в большом взрыве, колеблются — также – само пространство-время. Инфляция протянула то пространство-время, дрожащее в гравитационные волны миллиарды световых лет в длине волны. Волны оставили свой собственный отпечаток на CMB, рассеяв фотоны CMB в пути, создавшем образец поляризации, который наблюдали Ковач и его коллеги.
BICEP выкопал стаю других экспериментов, включая космический корабль Планка Европейского космического агентства. Сюзанна Стэггс, космолог в Принстонском университете, работающий над Поиском B-способа Atacama в Чили, говорит, что была потрясена, когда она слышала новости. «Чем больше я думаю об этом, тем более взволнованный я – то, потому что сигнал является настолько большим», говорит она.Ковач говорит, что успех эксперимента был должен в значительной степени к трансгрессиям в технологии для измерения поляризации CMB. Датчики для телескопа, используемого для создания наблюдений, были сделаны той же группой — во главе с Джейми Боком в Калифорнийском технологическом институте — который разработал датчики для Планка.
Принимая во внимание, что Планк был начат в 2007, “мы были в состоянии спуститься до нашего телескопа каждый год и обновить датчики”, говорит Ковач. Кроме того, Планк рассматривал все небо, в то время как телескоп BICEP был сосредоточен на небольшом регионе. “Мы теперь нетерпеливо ждем результатов поляризации Планка”, говорит Ковач.
Открытие способов B является только началом, говорят исследователи. Сила текущего сигнала говорит теоретикам плотность энергии во время инфляции. Путем изучения статистического распределения больших и меньших водоворотов на небе они могут быть в состоянии соединить подробную картину энергии и распределения плотности в исконной вселенной. Это помогло бы в прибивании точной модели инфляции.
“Для нас, это является огромным, столь большим, как это добирается”, говорит Марк Камайонковский, космолог в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе, Мэриленд, результатов. “Это не каждый день, что Вы будите и узнаете то, что произошло миллионное из одной триллионной одной триллионной секунды после большого взрыва”.