Prieš beveik 14 milijardų metų visata, kurioje gyvename, atsirado nepaprastame įvykyje, pradėjusiame Didįjį sprogimą. Pirmąją trumpą sekundės dalį visata plėtėsi eksponentiškai, išsiplėsdama toli už mūsų geriausių teleskopų regėjimo lauko ribų. Visa tai, žinoma, tebuvo teorija.
Tyrėjai iš BICEP2 vakar (2014 m. kovo 17 d.) pranešė apie pirmą tiesioginį šios kosminės infliacijos įrodymą. Jų duomenys taip pat rodo pirmuosius gravitacinių bangų atvaizdus, erdvėlaikio raibulius. Šios bangos buvo apibūdintos kaip „pirmieji Didžiojo sprogimo virpesiai.“ Galiausiai duomenys patvirtino gilų kvantų mechanikos ir bendrojo reliatyvumo ryšį.
„Šio signalo aptikimas yra vienas iš svarbiausių dabartinės kosmologijos pasiekimų. Iki šio taško mus atvedė daugelio žmonių daug darbų,“ sakė Johnas Kovacas (Harvard-Smithsonian Astrofizikos centras), BICEP2 projekto vadovas.
Šie itin svarbūs rezultatai gauti iš kosminės mikrobangų foninės (KMF) spinduliuotės – blankaus spinduliavimo, likusio po Didžiojo sprogimo – stebėjimų, atliekamų BICEP2 teleskopu. Smulkutės šio žioravimo fluktuacijos suteikia užuominų apie ankstyvosios visatos sąlygas. Pavyzdžiui, maži temperatūrų skirtumai danguje rodo, kurios visatos dalys buvo tankesnės, galiausiai susikondensavusios į galaktikas ir galaktikų spiečius.
Kadangi KMF yra šviesos rūšis, jai būdingos visos šviesos savybės, tad ir poliarizacija. Žemėje saulės šviesą išsklaido atmosfera ir ji tampa poliarizuota, todėl akiniai nuo saulės poliarizuotais stiklais sumažina atspindžius. Kosmose KMF išsklaido atomai ir elektronai, ir jis taip pat tampa poliarizuotas.
„Mūsų komanda medžiojo specialų poliarizacijos tipą, vadinamas „B modas“, rodančias senovinės šviesos poliarizacijos orientacijos susukimą į „sruogas“, “ sakė vienas iš vadovų Jamie'is Bockas (Caltech/JPL).
Gravitacijos bangos sklisdamos suspaudžia erdvę ir šis suspaudimas palieka charakteringą pėdsaką KMF. Gravitacinės bangos turi „rankiškumą“, kaip ir šviesos bangos ir gali turėti kairinę ir dešininę poliarizaciją.
„Banguotas B-mode raštas yra unikalus gravitacinių bangų parašas dėl chirališkumo. Tai yra pirmasis tiesioginis pirmykščiame danguje sklidusių gravitacinių bangų atvaizdas,“ sakė vienas iš lyderių Chao-Lin Kuo (Stanford/SLAC).
Komanda tyrė 1 – 5 kampo laipsnių dangaus ruožus (2 – 10 platesnius už Mėnulio pilnatį). Tam jie nukeliavo į Pietų ašigalį, kad galėtų pasinaudoti jo šaltu, sausu, ramiu oru.
„Pietų ašigalis yra arčiausiai, kiek galima prisiartinti prie kosmoso tebestovint ant žemės,“ sakė Kovacas. „Tai viena iš sausiausių ir švariausių vietų Žemėje, idealiai tinkanti stebėti silpną Didžiojo sprogimo mikrobangų aidą.“
Jie nustebo aptikę stipresnį B-modos poliarizacijos signalą, nei tikėjosi daugelis kosmologų. Komanda išanalizavo daugiau, nei trijų metų duomenis, stengdamasi atmesti bet kokias klaidas. Jie taip pat patikrino, ar negalėjo stebimos struktūros suformuoti dulkės mūsų galaktikoje, tačiau duomenys rodė, kad tai labai mažai tikėtina.
„Tai priminė adatos paieškas šieno kupetoje, bet radome laužtuvą,“ sakė vienas iš vadovų Clemas Pryke'as (Minnesota'os universitetas).
Paprašius pakomentuoti atradimo keliamas implikacijas, Harvardo fizikos teoretikas Avi'is Loebas sakė, „Šis darbas siūlo naujas kai kurių svarbiausių klausimų – Kodėl mes egzistuojame? Kaip prasidėjo visata? – įžvalgas. Šie rezultatai yra ne tik stiprus infliacijos įrodymas, jie taip pat rodo, kada infliacija prasidėjo ir koks tai galingas procesas buvo.“
BICEP2 yra koordinuojamos programos BICEP ir Keck masyvo eksperimentų antroji stadija. Keturi projekto iniciatoriai yra Johnas Kovacas (Harvardas), Clemas Pryke'as (UMN), Jamie'is Bockas (Caltech/JPL), ir Chao-Lin Kuo (Stanfordas/SLAC). Visi dirbo kartu, siekdami šio rezultato, kartu su talentingų studentų ir mokslininkų komandomis. Kitos stambios BICEP2 bendradarbiavusios institucijos yra Kalifornijos universitetas San Diege, Britų Kolumbijos universitetas, Nacionalinis standartų ir technologijos institutas, Toronto'o universitetas, Cardiffo universitetas, Commissariat à l'Energie Atomique.
BICEP2 finansuoja Nacionalinis mokslų fondas (National Science Foundation – NSF). NSF taip pat valdo Pietų ašigalio stotį, kur veikia BICEP2 ir kiti darbe naudoti teleskopai. Keck fondas taip pat smarkiai prisidėjo prie komandos teleskopų konstravimo finansavimo. NASA, JPL ir Moore'o fondas dosniai parėmė leidusių atlikti šiuos matavimus ultrajautrių detektorių masyvų kūrimą.
Techninės detalės ir žurnalo medžiaga pasiekiama BICEP2 svetainėje.
