Standardní model kosmologie je pozoruhodně silný a přesný popis vesmíru, který sleduje jeho vývoj od velkého třesku až po jeho současný stav, ale není bez záhad. Jedna z největších nevyřešených otázek standardního modelu je známá jako raná kosmická inflace.
Myšlenka je taková, že v prvních okamžicích po velkém třesku se vesmír intenzivně rozpínal. Prostorové vzdálenosti v řádu nanometrů se během nepatrného zlomku sekundy rozšířily na více než 10 světelných let. Je to divoký nápad, ale mezi kosmology je široce přijímán. Jednak víme, že expanze vesmíru je skutečná, protože ji pozorujeme v současném vesmíru. Za druhé, raná expanze vesmíru by vysvětlila tři důležitá fakta o vesmíru. Je pozorováno, že je prostorově plochý ve velkých měřítcích, jeho teplota pozadí je extrémně rovnoměrná a nepozorovali jsme žádnou podivnou fyziku, jako jsou magnetické monopoly.
Ale jen proto, že model dává smysl, neznamená to, že je pravdivý. Zatímco raná kosmická expanze má velkou teoretickou podporu, v současné době neexistuje žádné její pozorovací potvrzení. Najít pozorování, která by to podpořila, se ukázalo jako extrémně obtížné. Tak obtížné, že se před několika lety jedna velká studie známá jako BICEP2 dostala do určité úrovně kontroverze.
Zde jsou zobrazeny skutečné polarizační vzory B-módu poskytované dalekohledem BICEP2. Image Credit: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
BICEP Collaboration je teleskop založený na Antarktidě, který pozoruje světlo z kosmického mikrovlnného pozadí. Světlo z kosmického pozadí je polarizované, to znamená, že má orientaci. Ve velkém měřítku může tato polarizace nabývat dvou podob: polarizace v E-módu a B-módu. BICEP hledá polarizaci v B-módu, protože to je mód, který může být způsoben prvotními gravitačními vlnami způsobenými ranou kosmickou expanzí. Podle teorie bylo brzké prasknutí inflace jako zazvonění kosmického zvonu a její gravitační vlny se stále odrážejí vesmírem. Tyto vlny mohou zkroutit polarizované světlo do orientace v B-módu.
Problém je v tom, že polarizace v B-režimu může být způsobena i jinými vlivy, jako je gravitační čočka a mezihvězdný prach. V roce 2014 BICEP2 oznámili, že objevili důkazy kosmické inflace v režimu B ale pak musel odvrátit svá tvrzení, aby byli opatrnější. Výsledkem BICEP2 bylo, že výsledky byly neprůkazné. Byly však zveřejněny nové výsledky spolupráce BICEP, které jsou o něco povzbudivější.
Pozorované polarizační režimy pro BICEP3. Kredit: BICEP/Keck Collaboration
Tato nová práce využívá data z nejnovějšího pozorovacího běhu BICEP známého jako BICEP3, stejně jako pozorování z Planck, WMAP, Keck a BICEP2. Kombinovaná data snižují hladinu šumu na bod pod úrovní signálu některých inflačních modelů. Na této úrovni nenašli žádnou polarizaci v B-módu, kterou by nebylo možné vysvětlit prachem nebo jinými vlivy. Jinými slovy, neviděli žádný důkaz prvotních gravitačních vln. To znamená, že lze vyloučit širokou škálu takzvaných „jednoduchých“ modelů rané kosmické inflace. Pokud raná kosmická inflace existuje, její účinek musí být jemnější, než jsme si mysleli.
To je vzrušující, protože to znamená, že se rychle blížíme k bodu, kdy bude raná kosmická inflace buď potvrzena, nebo zamítnuta. V příštím desetiletí buď budou astronomové konečně pozorovat prvotní gravitační vlny, nebo budou muset kosmologové vážně přehodnotit nejranější okamžiky vesmíru.
Odkaz:Ade, P.A.R., a kol. “ Vylepšená omezení primordiálních gravitačních vln pomocí pozorování Planck, WMAP a BICEP/Keck během pozorovací sezóny 2018 .'Fyzické kontrolní dopisy127,15 (2021): 151301.
