Gravitációs hullámok az univerzum hajnaláról

A Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársai elsőként mutatták ki a világegyetem hirtelen felfúvódásának időszakából származó gravitációs hullámok jelenlétét a mikrohullámú háttérsugárzásban.

Gravitációs hullámok az univerzum hajnaláról

1. oldal

Hétfő délután fontos bejelentést tettek a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ munkatársai: elsőként mutatták ki a világegyetem hajnaláról származó gravitációs hullámok jelenlétét a legkorábbi elektromágneses sugárzásban, az úgynevezett mikrohullámú háttérsugárzásban. A polarizációban észlelt örvények jóval kifejezettebbek, mint ahogy azt a kutatók várták, akik sokáig attól tartottak, hogy az ősrobbanást követlenül követő időszakból származó gravitációs hullámok mára annyira lecsillapodtak, hogy nem lesz lehetséges detektálni ezeket.

Gravitációs hullámok akkor keletkeznek, ha egy nagytömegű test gyorsulva halad át a téridő szövedékén, fodrozódásokat hozva létre abban. Létezésüket Einstein jósolta meg az általános relativitáselméletben, közvetlen észlelésükre azonban mindeddig nem nyílt lehetőség. Egy déli-sarki távcsővel azonban nemrégiben sikerült észleleni az univerzum első fényeiből visszamaradt mikrohullámú háttérsugárzásban ezen hullámok nyomait, amelyek révén a szakértők új ismereteket szerezhetnek be azzal kapcsolatban, hogyan is keletkezett a világegyetem.

A Bicep2 rádiótávcső adatai alapján a háttérsugárzás nagyon specifikus módon polarizált, ami a kutatók elmondása szerint az univerzum születésének úgynevezett inflációs szakaszában felnagyítódott gravitációs hullámok nyomát őrzi, amikor a világegyetem mindössze a másodperc billiomod részével az ősrobbanás után gyorsulva tágulni kezdett, egy mikroszkopikusan kicsiny térrészből szempillantásnyi idő alatt csillagászati méretűvé változva.

A felfedezés megerősítéséhez egy másik független megfigyeléssel is igazolni kell a polarizációs mintázat meglétét, ugyanakkor a kutatócsoport által közzétett adatok alapján kevés kétség lehet az eredmény hitelességével kapcsolatban. Mivel a Bicep2 adatai sokat segíthetnek abban, hogy a többi hasonló projekt rátaláljon a megfelelő információkra, a kutatók szerint egy éven belül megerősítést nyerhet, hogy valóban az infláció keltette gravitációs hullámok nyomait észlelték-e. És ezzel persze igazolást nyerne az ősrobbanás elméletének egyik fontos pontja, a hirtelen tágulási szakasz létezése is. Mivel pedig a hullámok nagysága attól függ, hogy mennyire volt gyors ez a tágulás, további tanulmányozásuk révén új dolgok tudhatók meg az infláció energiamérlegével, illetve talán annak kiváltó okaival kapcsolatban is.

A Bicep2 által detektált adatok alapján az inflációs szakasz a világegyetem 10ˆ−37 másodperces korában kezdődött és 2 x 10ˆ16 GeV energia hajtotta. Ez az energiaszint messze meghaladja a részecskegyorsítókban tanulmányozott energiákat, ugyanakkor az elméleti becslések nagyon hasonló mennyiségre jutottak a világegyetem hajnalán uralkodó állapotokkal kapcsolatban. A szakértők szerint, ha az alapvető kölcsönhatások közül három (az erős, a gyenge és az elektromágneses) egyetlen „egyesített” erővé kovácsolódnának össze, pontosan ilyen energiaszinttel számolhatnánk. Ebből következően könnyen lehetséges, hogy pontosan ennek az elméletileg létező egyesített erőnek a felbomlása vezetett az infláció beindulásához.

„Elképesztően izgalmas belegondolni, hogy az ősrobbanás utáni pillanatok nyomait láthatjuk” – mondja Marc Kamionkowski, a Johns Hopkins Egyetem kutatója, aki kilencvenes években részt vett annak tervnek a kidolgozásában, amelyet a gravitációs hullámok detektálására ötlöttek ki, és amely alapján többek közt a Bicep2 kísérlete is összeállt. „Ez lehet az évszázad legnagyobb felfedezése. Ha sikerül megerősíteni, ami szerintem igen valószínű, Nobel-díjat érhet” – teszi hozzá a szakértő.

2. oldal

Ami a megerősítés esélyeit illeti, a közeljövőben több olyan projekt is új információkat szolgáltat majd, amelyek a mikrohullámú háttérsugárzást és ezen belül is annak polarizációját vizsgálják. A chilei POLARBEAR-kísérlet, a Déli-sarki távcső és a Planck űrtávcső egyaránt segíthet a helyzet tisztázásában.

Ahogy az előzőekből kiderült a Bicep2 kutatócsoportja a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás varianciáit vizsgálta. Ez utóbbi abból az időből származik, amikor a világegyetem nagyjából 380 ezer évvel az ősrobbanás után áttetszővé vált az elektromágneses sugárzás számára. A töltött részecskék opálos keveréke eddigre hűlt le annyira, hogy semleges atomokká kezdett összeállni, utat engedve a fény terjedésének. Ez a sugárzás máig észlelhető „visszhangot” hagyott maga után, és apró szabálytalanságai őrzik a korai téridő különféle sajátosságait.

A háttérsugárzás polarizációjában észlelt örvényszerű mintázatban ennek megfelelően azon a gigantikus gravitációs hullámok nyomai észlelhetők, amelyek a gyors tágulás hatására keletkeztek. A hullámok apró fodrokként kezdték. A kvantummechanika elméletének értelmében a részecskék véletlenszerűen bukkannak fel és tűnnek el a téridőben. Amikor a gravitáció egy közvetítő részecskéje előbukkan, körkörös hullámok sorozatát indítja útjára, hasonlóan a tó vizébe dobott kavicshoz. Az infláció szakaszában a részecskék keltette hullámok a téridő hirtelen tágulásának köszönhetően óriásira nőttek.

A korai gravitációs hullámok felfedezése egyben azt a feltevést is alátámasztaná, miszerint a gravitációt a többi alapvető kölcsönhatáshoz hasonlóan szintén kvantumrészecskék, úgynevezett gravitonok közvetítik. „Ha sikerül igazolni, hogy valóban gravitációs hullámokról van szó, és ezek tényleg az infláció során keletkeztek, az is meg tudjuk mutatni, hogy a gravitáció részecske természetű” – mondja Lawrence Krauss, az Arizonai Állami Egyetem kozmológusa. Ennek bizonyításával pedig végre megteremtődhetne a régóta keresett kapcsolat az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika elmélete között.

A Bicep2 kutatói három évet töltöttek azzal, hogy a mért adatokkal kapcsolatban kizárják az alternatív magyarázatokat, például a galaxisunkban jelenlevő por, illetve a távoli csillagrendszerek gravitációs hatásait, valamint a használt műszerekből eredő hibákat. „Hihetetlen, hogy valóban találtunk valamit” – mondja Clement Pryke, a Minnesotai Egyetem munkatársa, a kutatócsoport egyik tagja. „A szívem mélyén sosem hittem el igazán, hogy eljuthatunk idáig. Azt hittem, hogy jó fizikushoz illően megtesszük, amit lehet, és közben kiderül majd, hogy a jel, ha létezik is, annyira halvány, hogy nem érdemes tovább keresni. Ehelyett feltűnő és világos nyomokra akadtunk.”

Tesztek

{{ i }}
arrow_backward arrow_forward
{{ content.commentCount }}

{{ content.title }}

{{ content.lead }}
{{ content.rate }} %
{{ content.title }}
{{ totalTranslation }}
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mond el mit gondolsz a cikkről.
{{ showMoreCountLabel }}

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap arrow_forward