De komende tien jaar zullen kosmologen proberen de eerste momenten van het heelal te observeren, in de hoop een populaire theorie te bewijzen. Ze zullen op zoek zijn naar extreem zwakke zwaartekrachtgolven om primordiaal licht te meten, op zoek naar overtuigend bewijs voor de kosmische inflatietheorie, die suggereert dat een willekeurige, microscopische fluctuatie in de dichtheid van ruimte en tijd het universum in een hete, grote wereld heeft doen ontstaan ongeveer 13,7 miljard jaar geleden. Een nieuw instrument, een polarimeter genaamd, wordt bevestigd aan de Zuidpooltelescoop (SPT), die werkt op submillimetergolflengten, tussen microgolven en het infrarood op het elektromagnetische spectrum. Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelt dat kosmische inflatie de zwakke zwaartekrachtgolven zou moeten veroorzaken.
Inflatietheorie stelt een periode voor van extreem snelle en exponentiële expansie van het heelal tijdens de eerste momenten voorafgaand aan de meer geleidelijke Big Bang-expansie, gedurende welke tijd de energiedichtheid van het universum werd gedomineerd door een kosmologisch constant type vacuüm-energie dat later verviel om de materie en straling te produceren die het Space Magazine vullen.
In 1979 stelde fysicus Alan Guth de kosmische inflatietheorie voor, die ook het bestaan van een oneindig aantal universa voorspelt. Helaas kunnen kosmologen die specifieke voorspelling niet testen.
“Aangezien dit afzonderlijke universums zijn, betekent dit per definitie dat we er nooit contact mee kunnen hebben. Niets dat daar gebeurt, heeft invloed op ons ', zegt Scott Dodelson, een wetenschapper bij het Fermi National Accelerator Laboratory en een professor in astronomie en astrofysica aan de universiteit van Chicago.
Maar er is een manier om de geldigheid van kosmische inflatie te onderzoeken. Het fenomeen zou twee soorten verstoringen hebben veroorzaakt. De eerste, fluctuaties in de dichtheid van subatomaire deeltjes vinden continu plaats in het hele universum, en wetenschappers hebben ze al waargenomen.
"Meestal vinden ze alleen plaats op atomaire schaal. We merken ze niet eens op, 'zei Dodelson. Maar inflatie zou deze verstoringen onmiddellijk tot kosmische proporties oprekken. 'Die foto werkt echt. We kunnen berekenen hoe die verstoringen eruit moeten zien, en het blijkt dat ze precies goed zijn om de sterrenstelsels te produceren die we in het universum zien. ”
De tweede klasse verstoringen zijn zwaartekrachtgolven - Einsteiniaanse vervormingen in ruimte en tijd. Zwaartekrachtgolven zouden ook worden bevorderd tot kosmische proporties, misschien zelfs sterk genoeg voor kosmologen om ze te detecteren met gevoelige telescopen die zijn afgestemd op de juiste frequentie van elektromagnetische straling.
Als de nieuwe polarimeter gevoelig genoeg is, moeten wetenschappers de golven kunnen detecteren.
'Als je zwaartekrachtsgolven detecteert, zegt dat heel veel over inflatie voor ons universum', zegt John Carlstrom van de University of Chicago, die het nieuwe instrument heeft ontwikkeld. Carlstrom zei dat het detecteren van de golven verschillende concurrerende ideeën voor de oorsprong van het universum zou uitsluiten. "Er zijn er minder dan vroeger, maar ze voorspellen niet dat je om te beginnen zo'n extreme, hete oerknal hebt, deze kwantumfluctuatie", zei hij. Ze zouden ook geen zwaartekrachtgolven produceren op detecteerbare niveaus.
Een simulatie op deze link brengt de vervormingen in ruimte en tijd op de subatomaire schaal in beeld, het resultaat van kwantumfluctuaties die continu in het hele universum optreden. Tegen het einde van de simulatie begint de kosmische inflatie de ruimtetijd uit te rekken tot de kosmische proporties van het universum.
Kosmologen gebruiken de SPT ook in hun zoektocht om het mysterie van donkere energie op te lossen. Een afstotende kracht, donkere energie duwt het universum uit elkaar en overweldigt de zwaartekracht, de aantrekkingskracht die door alle materie wordt uitgeoefend.
Donkere energie is onzichtbaar, maar astronomen kunnen de invloed ervan zien op clusters van sterrenstelsels die zich de afgelopen paar miljard jaar hebben gevormd.
De SPT detecteert de kosmische achtergrondstraling (CMB), de nagloeiing van de oerknal. Kosmologen hebben een fortuin aan gegevens verzameld van de CMB, die de krachtige trommels en hoorns van de kosmische symfonie vertegenwoordigen. Maar nu heeft de wetenschappelijke gemeenschap haar oren gespitst op de tonen van een subtieler instrument - zwaartekrachtgolven - die de CMB ondersteunen.
"We hebben deze sleutelcomponenten voor ons beeld van het universum, maar we weten echt niet wat de natuurkunde een van deze produceert", zei Dodelson over inflatie, donkere energie en de even mysterieuze donkere materie. 'Het doel van het volgende decennium is om de fysica te identificeren.'
Bron: University of Chicago
