17 марта 2014 года астрономы объявили об историческом открытии. Оставившие глубокий след в реликтовом излучении, которое пронизывает всю Вселенную и было создано еще на заре времени, гравитационные волны были под непосредственным наблюдением, давая нам возможность заглянуть в саму природу инфляционного периода, который предполагает быстрый рост нашей Вселенной сразу после Большого взрыва.
Поиск дополнительных данных в пользу теории космической инфляции должно было стать достаточным открытием, но тот факт, что теперь астрономы имеют доказательства в пользу существования гравитационных волн, делает этот День Святого Патрика особенным днем для космологии.
Так что же это такое, гравитационные волны? Их можно представить в виде ряби в пространстве-времени, которые генерируют движения нечто массивного через пространство. Представьте себе, что вы бросили мяч в бассейн. Рябь, созданная ударом мяча о воду, будет распространяться от точки удара в разные стороны. Гравитационные волны действую таким же образом, но, в отличие от ряби на поверхности воды, гравитационные волны распространяются со скоростью света через трехмерное пространство.
Уравнение теории общей относительности Альберта Эйнштейна прогнозировало их существование. Помимо этого имелись некоторые косвенные данные наблюдений гравитационных волн, вымывающих орбитальную энергию из двойных звездных систем. Так как мы представляем собой пространственно-временные объекты, мы также должны быть в состоянии обнаружить их присутствие, поскольку они проходят через местное пространство-время. Многомиллионные эксперименты, такие как лазерный интерферометр гравитационных волн обсерватории (LIGO) в Луизиане и Вашингтоне были построены для непосредственного обнаружения гравитационных волн, распространяющихся через Землю. Тем не менее, их обнаружение до сих пор оказалась удручающе призрачным.
Космический микроволновой фон или CMB является известным артефактом Большого Взрыва. Представляющие собой «Эхо» о создании Вселенной, эти незначительные колебания температуры, которые наблюдаются в самом далеком краю видимой Вселенной, были изучены с помощью космических телескопов, таких НАСА Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и обсерватория Планка в Европе. Эти обсерватории специально измеряют небольшие возмущения температуры (известные как анизотропии) в CMB и изучают информацию об условиях сразу после Большого взрыва и даже могут узнать возраст Вселенной.
Быстрый инфляционный период предполагает, что наша Вселенная расширилась в 100000000000000 трлн раз за доли секунды. Изумительно, что это любое возмущение размером с квант, существовавшее в то время, раздулось в одночасье и астрономы предполагают, что эти крошечные структуры можно наблюдать сегодня, в виде огромных гравитационных возмущений. Но до использования проекта BICEP2, ученые предполагали, что эти волны слишком слабы, чтобы быть обнаруженными. Получается, что они были не правы.
"Это было, как найти иголку в стоге сена, но вместо этого мы нашли лом ", - сказал сотрудник проекта BICEP2 Клем Прайк , из Университета Миннесоты.
"Последствия этой находки поражают разум ", - говорит координатор проекта Джейми Бок, физик из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения (JPL) . "Мы измеряем сигнал, который исходит от незапамятных времен ".
Расположенный в засушливых атмосферных условиях Антарктиды, BICEP2 имеет очень четкое представление о космосе. Прибор имеет возможность измерения поляризации слабого сигнала от реликтового излучения. На Земле солнечный свет может стать поляризованным, если он отражается от зеркала или когда фильтруется с помощью поляризованных солнцезащитных очков (таким образом, уменьшая блики). Излучение от древнего реликтового излучения также может стать поляризованным, и гравитационные волны имеют возможность манипулировать поляризацию падающего излучения. Конкретный тип поляризации, известный как «Б-режим поляризации " – это то, что BICEP2 искал. А теперь, с высокой степенью уверенности, астрономы обнаружили его.
"Вихревая картина поляризации в Б - режиме является уникальной подписью гравитационных волн ", - говорит Чао -Лин Го, один из руководителей проекта, из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории.
Сегодняшнее объявление преподносится как «открытие века» и хотя два документа, которые были опубликованы сегодня еще только пойдут в печать, можно с уверенностью сказать, что астрономы «попали в яблочко». Мало того, что эти результаты подтверждают теорию космической инфляции и свидетельствуют о наличие гравитационных волн, они могут быть связаны с одной из самых сложных проблем в современной квантовой физики, а именно какую роль играет гравитация в квантовом мире.