Under det kommande decenniet kommer kosmologer att försöka observera universums första ögonblick i hopp om att bevisa en populär teori. De letar efter extremt svaga tyngdkraftsvågor för att mäta primordialt ljus och letar efter övertygande bevis för den kosmiska inflationsteorin, som föreslår att en slumpmässig mikroskopisk täthetsfluktuation i rymdets och tidens tyg födde universum i en het stor bang för cirka 13,7 miljarder år sedan. Ett nytt instrument som kallas en polarimeter ansluts till South Pole Telescope (SPT), som arbetar med våglängder för submillimeter, mellan mikrovågor och infraröd på det elektromagnetiska spektrumet. Einsteins teori om generell relativitet förutsäger att kosmisk inflation bör producera de svaga tyngdkraftsvågorna.
Inflationsteori föreslår en period av extremt snabb och exponentiell expansion av universum under de första stunderna före den mer gradvisa Big Bang-expansionen, under vilken tid universumets energitäthet dominerades av en kosmologisk konstant typ av vakuumenergi som senare förfallna för att producera saken och strålningen som fyller Space Magazine.
1979 föreslog fysiker Alan Guth den kosmiska inflationsteorin, som också förutspår existensen av ett oändligt antal universum. Tyvärr har kosmologer inget sätt att testa den speciella förutsägelsen.
”Eftersom det här är separata universum, betyder det per definition att vi aldrig kan ha någon kontakt med dem. Ingenting som händer där har någon inverkan på oss, säger Scott Dodelson, forskare vid Fermi National Accelerator Laboratory och professor i astronomi och astrofysik vid University of Chicago.
Men det finns ett sätt att undersöka giltigheten av kosmisk inflation. Fenomenet skulle ha producerat två klasser av störningar. Den första, fluktuationer i densiteten hos subatomära partiklar sker kontinuerligt i hela universum, och forskare har redan observerat dem.
”Vanligtvis sker de bara på atomskalan. Vi märker dem aldrig ens, sa Dodelson. Men inflationen skulle omedelbart sträcka dessa störningar i kosmiska proportioner. ”Den bilden fungerar faktiskt. Vi kan beräkna hur dessa störningar ska se ut, och det visar sig att de är exakt rätt att producera de galaxer vi ser i universum. ”
Den andra klassen av störningar skulle vara gravitationvågor - Einsteiniska snedvridningar i rum och tid. Tyngdkraftsvågor skulle också främjas till kosmiska proportioner, kanske till och med starka för att kosmologer kan upptäcka dem med känsliga teleskop inställda till rätt frekvens för elektromagnetisk strålning.
Om den nya polarimetern är tillräckligt känslig, bör forskare kunna upptäcka vågorna.
"Om du upptäcker gravitationvågor, berättar det mycket om inflationen för vårt universum," sade John Carlstrom från University of Chicago, som utvecklade det nya instrumentet. Carlström sa att detektering av vågorna skulle utesluta olika konkurrerande idéer för universums ursprung. "Det är färre än förr, men de förutspår inte att du har en så extrem, het big bang, den här kvantfluktuationen, till att börja med," sade han. De skulle inte heller producera gravitationvågor på detekterbara nivåer.
En simulering vid denna länk skildrar förvrängningar i rymd och tid i den subatomära skalan, resultatet av kvantfluktuationer som sker kontinuerligt i hela universum. Nära simuleringens slut börjar kosmisk inflation att sträcka utrymme-tid till universums kosmiska proportioner.
Kosmologer använder också SPT i sin strävan för att lösa mysteriet med mörk energi. En avvisande kraft, mörk energi skjuter universum från varandra och överväger allvar, den attraktiva kraften som utövas av all materia.
Mörk energi är osynlig, men astronomer kan se dess påverkan på kluster av galaxer som bildades under de senaste miljarder åren.
SPT upptäcker den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (CMB) -strålningen, efterglödet från big bang. Kosmologer har utvinning en förmögenhet med data från CMB, som representerar de kraftfulla trummorna och hornen i den kosmiska symfonin. Men nu har det vetenskapliga samhället sina öron tappade efter tonerna på ett subtilt instrument - gravitationsvågor - som ligger till grund för CMB.
"Vi har dessa nyckelkomponenter till vår bild av universum, men vi vet verkligen inte vilken fysik som producerar någon av dem," sade Dodelson om inflation, mörk energi och den lika mystiska mörka materien. "Målet för det kommande decenniet är att identifiera fysiken."
Källa: University of Chicago
