Η καλύτερη εικόνα του Big Bang Afterglow Ever επιβεβαιώνει την Standard Cosmology

Αν το σύμπαν ήταν παγωτό, θα ήταν βανίλια. Αυτό είναι το μήνυμα των ερευνητών που συνεργάζονται με το παρατηρητήριο Planck της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, οι οποίοι κυκλοφόρησαν σήμερα τις πιο ακριβείς μετρήσεις της μεταγενέστερης λάμψης της Μεγάλης Έκρηξης - τη λεγόμενη ακτινοβολία κοσμικού μικροκυματικού υποβάθρου (CMB). Τα νέα δεδομένα από τον Planck επιβεβαιώνουν το τυπικό μοντέλο των κοσμολόγων για το πώς εμφανίστηκε το σύμπαν και από τι αποτελείται. Αυτό μπορεί να απογοητεύσει τους επιστήμονες που ήλπιζαν για νέους γρίφους που θα οδηγούσαν σε βαθύτερη κατανόηση.

«Πάντα ελπίζουμε να βρούμε νέα πράγματα», λέει ο Glenn Starkman, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve στο Κλίβελαντ του Οχάιο, ο οποίος δεν εργάζεται στον Planck. «Αλλά διαπιστώνουμε ότι το μοντέλο μας είναι πραγματικά, πολύ καλό — ίσως απογοητευτικά καλό». Ο Max Tegmark, κοσμολόγος στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT) στο Κέμπριτζ, συμφωνεί. «Η συγκλονιστική είδηση ​​είναι ότι δεν υπάρχουν συγκλονιστικά νέα», λέει.

Το τυπικό μοντέλο της Κοσμολογίας πάει κάπως έτσι. Το σύμπαν εμφανίστηκε ακαριαία στη Μεγάλη Έκρηξη ως μια καυτή, πυκνή σούπα ύλης και ενέργειας. Στη συνέχεια, στα πρώτα 10 δευτερόλεπτα, ο ίδιος ο χώρος επεκτάθηκε πολύ πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αυτή η άνοδος ανάπτυξης, γνωστή ως πληθωρισμός, είχε δύο κύριες επιπτώσεις. Πρώτον, εξομάλυνσε το σύμπαν και το κατέστησε γεωμετρικά «επίπεδο» στις μεγαλύτερες κλίμακες. Ταυτόχρονα, μεγάλωσε πολύ τις μικροσκοπικές κβαντικές διακυμάνσεις στην πυκνότητα της θερμής ύλης και ενέργειας. Αυτές οι διακυμάνσεις της πυκνότητας άφησαν στη συνέχεια μικροσκοπικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία του CMB στον ουρανό και, πολύ αργότερα, δημιούργησαν τον σχηματισμό των γαλαξιών. Όπως και άλλες αποστολές CMB πριν από αυτό, το Planck, το οποίο ξεκίνησε το 2009, μελέτησε αυτές τις παραλλαγές.

Από μελέτες του CMB και άλλων μετρήσεων, οι κοσμολόγοι έχουν επίσης συμπεράνει τη σύνθεση του σύμπαντος. Ο Planck βελτιώνει αυτές τις μετρήσεις, ιδιαίτερα αυτές του ανιχνευτή ανισοτροπίας μικροκυμάτων Wilkinson (WMAP) της NASA, ο οποίος συνέλεξε δεδομένα από το 2001 έως το 2010. Σύμφωνα με τον Planck, το σύμπαν αποτελείται από 4,9% συνηθισμένη ύλη, 26,8% μυστηριώδη σκοτεινή ύλη που έχει αποκαλυφθεί μόνο μέσω του βαρύτητα και 68,3% περίεργη, σκοτεινή ενέργεια που εκτείνεται στο διάστημα. Αυτοί οι αριθμοί ανέρχονται σε περίπου 3% περισσότερη σκοτεινή ενέργεια και 3% λιγότερη σκοτεινή ύλη από το αποτέλεσμα του WMAP. Η ομάδα του Planck δεσμεύει επίσης την ηλικία του σύμπαντος στα 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, 100 εκατομμύρια χρόνια παλαιότερη από ό,τι βρέθηκε το WMAP.

Συνολικά, τα αποτελέσματα ταιριάζουν σχεδόν τέλεια στις προσδοκίες του καθιερωμένου μοντέλου της κοσμολογίας, ανέφερε ο Γιώργος Ευσταθίου, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ στο Ηνωμένο Βασίλειο και μέλος της ομάδας Planck, σε συνέντευξη Τύπου στο Παρίσι. «Αν ήμουν πληθωριστικός κοσμολόγος, θα ήμουν πολύ χαρούμενος και θα σκεφτόμουν ένα Νόμπελ», είπε ο Ευσταθίου. Ο πληθωρισμός εφευρέθηκε από τον Alan Guth, έναν φυσικό και κοσμολόγο που είναι τώρα στο MIT.

Πιο σημαντικό όμως είναι αυτό που δεν είπε ο Ευσταθίου. Οι επιστήμονες είχαν μια σύντομη λίστα με πράγματα που ήλπιζαν ότι θα έβρισκε ο Πλανκ. Για παράδειγμα, οι μετρήσεις του θα μπορούσαν να είχαν δείξει ότι υπήρχε ένας περίεργος τύπος σωματιδίου που ονομάζεται στείρο νετρίνο, ότι οι διακυμάνσεις στο CMB δεν ήταν τυχαίες με συγκεκριμένο τρόπο, ότι η αρχική κατανομή των διακυμάνσεων της πυκνότητας δεν συμβαδίζει με το απλούστερο μοντέλο του πληθωρισμού, ή ότι ο χώρος δεν είναι πραγματικά επίπεδος. Όμως ο Ευσταθίου δεν ανέφερε τέτοια στοιχεία. «Αυτές οι αλλαγές δεν ευνοούνται από τα δεδομένα Planck», είπε. «Τα δεδομένα δεν θέλουν τίποτα από αυτά τα πράγματα».

Ωστόσο, υπάρχει ελπίδα για νέους γρίφους, είπε ο Ευσταθίου. Οι ερευνητές χωρίζουν το διάστικτο CMB σε επάλληλα μοτίβα μεγαλύτερων και μικρότερων σημείων, όπως μια μουσική χορδή μπορεί να αναλυθεί σε μεμονωμένες νότες. Και σε μεγαλύτερες, γωνιακές κλίμακες φαίνεται να υπάρχουν κάποιες ανωμαλίες, λέει ο Ευσταθίου. Για παράδειγμα, το βόρειο μισό του ουρανού φαίνεται να έχει ελαφρώς ισχυρότερες παραλλαγές μεγάλης κλίμακας από το νότιο μισό.

Τέτοιες ανωμαλίες είχαν παρατηρηθεί στο παρελθόν στα δεδομένα WMAP. Το γεγονός ότι υπάρχουν και στα δεδομένα Planck σημαίνει ότι πρέπει να είναι αληθινά, λέει ο Starkman. «Αν είχατε κάνει ένα λάθος με το WMAP, δεν θα περιμένατε να το δει ο Planck», λέει. Ο Tegmark συμφωνεί και λέει ότι οι μεγάλης κλίμακας ανωμαλίες θα μπορούσαν να παρέχουν ενδείξεις για το πώς ξεκίνησε ο πληθωρισμός. «Ίσως το σύμπαν προσπαθεί να μας πει κάτι», λέει. «Νομίζω ότι πρέπει να αρχίσουμε να το παίρνουμε πιο σοβαρά τώρα».

Ωστόσο, δεν είναι σαφές ότι οι ανωμαλίες σημαίνουν κάτι. Το CMB είναι το προϊόν μιας τυχαίας διαδικασίας, επομένως οι ανωμαλίες θα μπορούσαν απλώς να είναι στατιστικά στοιχεία. Δυστυχώς, με το CMB και τη μεγάλη έκρηξη, οι ερευνητές δεν μπορούν να επαναλάβουν το πείραμα για να δουν αν το αποτέλεσμα εξαφανίζεται.