Zamanın başlangıcından bu yana uzaydaki dalgalara yönelik yeni bir arayış

PiKe

New member
Evren 13,8 milyar yıl önce oluştu. O ilk anda yaşananlar, her şeyin neden bugün böyle olduğunu anlamak isteyen herkes için büyük ilgi uyandırıyor.

Matematik ve bilimin sınırlarındaki araştırmaları destekleyen kar amacı gütmeyen Simons Vakfı başkanı David Spergel, “Evrenin başlangıcında ne olduğu sorusunun derin bir soru olduğunu düşünüyorum” dedi. “Ve benim için özellikle heyecan verici olan şey, bu soruya dair bize fikir verebilecek gözlemler yapabilmemizdir.”

Kuzey Şili'nin yüksek çölünde, 90 milyon doları vakıf tarafından finanse edilen 110 milyon dolarlık yeni bir gözlemevi, neredeyse zamanın başlangıcından bu yana evrende dolaşan ışık parçacıklarını, Büyük Patlama'dan sonra olanları gözlemleyerek önemli ipuçları sağlayabilir. Bang.

Veriler nihayet kozmik enflasyon olarak bilinen fantastik bir teori için ikna edici bir doğrulama sağlayabilir. Evrenin doğumundan sonraki ilk dönemde uzay-zaman yapısının dışarıya doğru hızlanarak ışık hızından çok daha yüksek hızlara ulaştığı belirtiliyor.


Alternatif olarak, gözlemevinin ölçümleri, mevcut kozmoloji anlayışının temel dayanağı olan bu hipotezi çürütebilir.

Gözlemevi, adını vakfın ve kurucularının adını taşıyor: 10 Mayıs'ta ölen hedge fon milyarderi ve hayırsever Jim Simons ve eğitimli bir ekonomist olan eşi Marilyn. Dört teleskoptan ikisi Nisan ayında, yani Dr. Simons'un 25 Nisan'da 86. doğum günü.

“Bu, Jim'in projeyi tamamlamak için uzun zaman önce belirlediği hedefin bir türüydü” dedi Dr. Spergel. “Ve başardık.”

5.115 metre yükseklikte, görkemli çorak bir arazinin ortasında yer alan gözlemevinde, dondurma külahlarına benzeyen üç küçük teleskop ve “Yıldız Savaşları” Droid teleskopunun kuzeni gibi şekillendirilmiş, hedeflenebilir bir kutudan oluşan daha büyük bir teleskop bulunmaktadır. beğenmek.


Teleskoplar, görünür ışıktan daha uzun ancak radyo dalgalarından daha kısa olan dalga boyları olan mikrodalgaları tespit eder. Küçük teleskoplardan ikisi halihazırda veri topluyor. Üçüncüsü birkaç ay içinde eklenecek ve çok daha büyük olan dördüncüsü gelecek yıl faaliyete geçecek.


Dört teleskoptaki yaklaşık 60.000 dedektör, evrene nüfuz eden kozmik mikrodalga parıltısını inceleyecek.

Princeton Üniversitesi'nden fizik profesörü ve Simons Gözlemevi'nin eş yöneticisi Suzanne Staggs, “Bu eşsiz bir alet” dedi. “Çok ama çok fazla dedektörümüz var.”

Evrenin oluşumunun ilk 380.000 yılında sıcaklıklar o kadar yüksekti ki hidrojen atomları oluşamadı ve fotonlar (ışık parçacıkları) yüklü parçacıklardan yansıyarak sürekli olarak emilip yayıldı. Ancak hidrojen oluştuğunda fotonlar engellenmeden seyahat edebildiler. Fotonlar mutlak sıfırın sadece birkaç derece üzerine kadar soğudu ve dalga boyları spektrumun mikrodalga bölgesine kadar genişledi.

Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu ilk olarak yarım yüzyıl önce Holmdel, New Jersey'deki bir anten tarafından algılanan rastgele bir tıslama olarak gözlemlendi.


1990'larda bir NASA uydusu olan Kozmik Arka Plan Kaşifi, kozmik mikrodalgalar içerisinde küçük sıcaklık dalgalanmaları keşfetti; bu, erken evrenin neye benzediğine dair ipuçları veren parmak izleriydi. Dalgalanmalar, evrenin yoğunluğundaki değişiklikleri yansıtıyordu ve daha yoğun bölgeler daha sonra galaksilere ve hatta kozmik bir örümcek ağı gibi birbirine dizilmiş daha büyük galaksi üstküme yapılarına dönüşecekti.

Simons Gözlemevi, mikrodalgalarda (kozmologların B-modları olarak adlandırdığı dönen polarize ışık desenleri) daha da fazla ayrıntı ortaya çıkarmayı amaçlıyor.


Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde profesör olan Alan Guth, 45 yıl önce kozmik enflasyon teorisini kısmen evrenin yumuşak homojenliğini açıklamak için öne sürdü. Hangi yöne bakarsanız bakın, ne kadar uzağa bakarsanız bakın, kozmik mikrodalga arka plan ışınımında her şey hemen hemen aynı görünüyor.

Ancak gözlemlenebilir evren o kadar büyüktür ki, bir fotonun tüm yolu kat etmesi ve her yerdeki sıcaklığı eşitlemesi için yeterli zamanı yoktur. Bununla birlikte, evren saniyenin milyarda birinin milyarda birinin trilyonda birinden daha az bir yaştayken sona ermiş olsa bile, uzay-zamanın hızlı bir şekilde genişlemesi – enflasyon – buna neden olmuş olabilir.


San Diego'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden fizik profesörü ve projenin liderlerinden biri olan Brian Keating, son kozmolojik gözlemlerin kozmik enflasyon tablosuna uyduğunu söyledi.

Evet, Dr. Keating şunu ekledi: “Bugüne kadar kesin bir kanıt yok.”

Hızlandırılmış genişleme, B modlarını orijinal mikrodalga radyasyonuna damgalayacak şekilde maddeyi bozacak devasa yerçekimsel dalgalar üretmiş olacaktı.

“B-modları, yani kozmosta süzülen bu yerçekimi dalgaları, silah dumanına eşdeğer olacaktır” dedi Dr. Keating.

B modları ile bilim insanları ışığın polarizasyon olarak bilinen bir özelliğini inceliyorlar.

Işık birbirine dik açılarla salınan elektrik ve manyetik alanlardan oluşur. Normalde bu alanlar rastgele yönlerde hizalanır, ancak ışık belirli yüzeylerden yansıdığında alanlar aynı hizaya getirilebilir veya polarize edilebilir.


Işığın polarizasyonu, ışığın yalnızca belirli bir yönde polarize olan kısmının geçtiği bir filtre kullanılarak incelenebilir. (Polarize güneş gözlükleri parlamayı bu şekilde bastırır. Güneş ışığı sudan yansıdığında, evrenin erken dönemlerinde ışığın polarizasyonuna benzer şekilde polarize olur.)

Gözlemevindeki dedektörler esasen dönen polarizasyon filtrelerinden oluşur. Mikrodalgalar polarize olmasaydı parlaklıkları sabit kalırdı. Polarize edilmişlerse parlaklıkları artar ve azalır; filtre polarizasyonla eşleştiğinde en parlak, filtre polarizasyona dik açıda olduğunda en karanlık olur.

Bu ölçümün gökyüzünün bir kısmında tekrarlanmasıyla kutuplaşma modelleri görünür hale gelir.

İki tür polarizasyon modeli vardır. Bunlardan birine elektrik anlamına gelen E-modu adı verilir, çünkü yüklü parçacıklardan yayılan elektrik alanlarının benzeridir. Önceki mikrodalga gözlemleri, ilksel mikrodalgalarda evrenin yoğunluğundaki dalgalanmalar tarafından yaratılan E-modlarını keşfetmişti.

Diğer polarizasyon modeli ise manyetik alanlarda oluşan bir özelliğe sahiptir. Fizik, manyetik alanları belirtmek için B harfini sembol olarak kullandığından buna B modu denir.

“Omurlara benziyorlar” dedi Dr. Spergel.

Yerçekimi dalgaları elektronları kozmik mikrodalgalarda minik B modlarının yaratılacağı şekilde sarsmış olmalı.


New York Üniversitesi'nde fizik profesörü ve Simons Vakfı'nda fizikten sorumlu kıdemli başkan yardımcısı Gregory Gabadadze, “Bu keşif Nobel Ödülü olacak” dedi. “Nobel Ödülü'nün hiçbir önemi yok. Bu kadar büyük bir keşif; ona ne kadar fiyat verdiğiniz kimin umurunda?”


Mikrodalga ölçümleri, nötrino olarak bilinen hayalet parçacıkların kütleleri gibi diğer önemli fiziksel olayları da ortaya çıkarabilir. Evrenin kütlesinin yüzde 85'ini oluşturan gizemli parçacıklar olan karanlık maddeyi tanımlamak da mümkün.

Belki de kozmologlar için en büyük zorluk kendilerini kandırmamaktır.

On yıl önce, BICEP2 (Kozmik Galaksi Dışı Polarizasyonun Arka Plan Görüntülemesi) deneyini kullanan bilim insanları, ilkel kütleçekimsel dalgaların ve kozmik enflasyonun varlığına dair çok önemli kanıtlar bulduklarını açıkladığında olan da tam olarak buydu.

Ancak yalnızca bir yıl sonra bu iddia suya düştü: Gözlemlenen mikrodalgalar Büyük Patlama'dan ve enflasyondan değil, Samanyolu'ndaki tozdan geliyordu.


Bu hatanın tekrarlanmasını önlemek için Simons Gözlemevi, gözlemlerini birden fazla dalga boyunda gerçekleştirecek. (BICEP2'nin sonuçları yalnızca bir dalga boyuna dayanıyordu.)

Simons Gözlemevi'ndeki teleskoplardan biri, daha yüksek sıcaklıklarda yayılan yıldızlararası tozu tespit etmeye tahsis edilecek. Daha sonra bu sinyal çıkarılır ve araştırmacılar yalnızca kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun kaldığını umarlar.

“Bize daha önce zarar veren fiyaskonun tekrarlanmasına karşı korunmak bizim için önemli” dedi Dr. Keating. “Eğer bu bir daha olursa, kimsenin bu bölgeye bir daha güveneceğini sanmıyorum.”

BICEP2 tartışmalarından sonra Dr. Simons, Simons Gözlemevi'nde işbirliği yapmak için araştırma gruplarıyla yarışıyor. “Temel olarak hedge fonu dünyasındaki deneyimini kullanarak bir birleşmeyi zorladığını söyleyerek şaka yapıyorum” dedi Dr. Keating.

Belki Simons Gözlemevi hâlâ aradığını bulamıyor ya da veriler belirsiz. Belki de tozdan kaynaklanan parazit, beklenenden daha fazla sorun yaratacak ve orijinal B modlarını engelleyecektir.


“Bu, New York şehrine kirli bir pencereden bakmak gibi” dedi Dr. Keating. “Doğanın bizimle algılanabilir bir sinyal üretme konusunda hiçbir sözleşmesi yok.”


Veya belki de hiç B modu yoktur. Bu, kozmik enflasyon fikrinden hoşlanmayan inatçı kozmologları memnun edecektir. Enflasyonun görünüşte kaçınılmaz sonuçlarından biri çoklu evrendir, yani evren sürekli olarak alternatif olasılıkların sonsuzluğuna doğru ayrışıyor.

“Aslında madde, uzay, zaman ve enerjinin olası her düzenlemesi, çoklu evren dediğimiz bu kozmik manzaranın bir yerinde meydana geliyor” dedi Dr. Keating. “Bazıları bunu çok çekici buluyor, bazıları ise itici buluyor.”

Ancak tüm alternatifler tam olarak sıfır B modunu öngörüyor. Başarılı tespit bu nedenle onları hariç tutacaktır.


“Bu enflasyonun kanıtı olamaz” dedi Dr. Keating, “ancak bu, suçluların sayısını dört veya beşten bire indirecektir.”

Simons Gözlemevi B modlarını tespit etmezse, bu kozmik enflasyonun kesin bir kanıtı olmayacaktır. Ancak bu, teorik modelleri fark edilmeyecek kadar küçük B modları yaratacak şekilde bükmeyi zorlaştıracaktır.

“Enflasyon paradigması büyük bir belaya girecek” dedi Dr. Gabadadze. “Çoğunluk bundan vazgeçecek ve enflasyona alternatif arayacağız.”

Dr. Keating bile şunu söyledi: Dr. Finans dünyasına girmeden önce seçkin bir matematikçi olan Simons, enflasyonun çürütülmüş bilimsel hipotezlerin çöplüğüne atılmasını görmek isteyenler arasındaydı.

“Bu, onun evrenin sonsuz döngüsel veya sıçramalı modeli fikriyle tutarlı olacaktır” dedi Dr. Keating. Ama Dr. Simons ayrıca yanılıyor olup olmadığını öğrenmek için parayı yatırmaya da istekliydi.

“Onun gerçek aşkı bilimdi” dedi Dr. Keating.