První důkaz gravitačních vln ve vesmíru
Antarktický astrofyzikální experiment BICEP2 zaznamenal neobvykle podrobné svědectví o vývoji hmoty ve vesmíru krátce po Velkém třesku.
Nové měření v oblasti tzv. reliktního mikrovlnného záření svědčí o tom, že ve vesmíru určitě proběhlo prudké stadium tzv. inflace a svoji stopu zde zanechaly mohutné gravitační vlny.
Jedním z předpovězených, ale doposud experimentálně nepozorovaných projevů Einsteinovy obecné teorie relativity jsou gravitační vlny. Stejně jako teorie elektromagnetismu předpovídá elektromagnetické vlnění (světlo), teorie gravitace zahrnuje i takové poruchy zakřivení časoprostoru, které se šíří rychlostí světla jako vlny. Většina myslitelných gravitačních vln, i těch, které doprovázejí nejkatastrofičtější děje v současném vesmíru, je však tak slabá, že se je zatím nepovedlo žádným naším detektorem přímo zachytit. Řada astrofyzikálních pracovišť se proto zaměřila na ještě silnější vlny, které měly vzniknout velmi krátce po Velkém třesku, konkrétně během bouřlivé inflační fáze, kdy se celý nám známý vesmír náhle jakoby “nafoukl” na mnohem větší objem. Během neuvěřitelně malého zlomku sekundy (mluví se o bilióntině sekundy) se tehdy vesmír rozepjal na o mnoho řádů větší útvar, čímž umožnil existenci vesmíru v takové podobě, jakou vidíme dnes.
Palmu vítězství si v tomto smyslu odnesl americký tým, pracující přímo u radioteleskopu na jižním pólu, který v letech 2010-12 shromažďoval velmi přesná data v rámci experimentu BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization). Účelem tohoto experimentu bylo přesně měřit tzv. reliktní mikrovlnné záření kosmického pozadí, zejména detailní úhlové rozložení jeho polarizační složky. Toto reliktní záření je jedním z hlavních svědků vývoje vesmíru krátce po Velkém třesku a pozorované pole jemných polarizačních odchylek přesně souhlasí s teoretickou předpovědí důsledků inflačního scénáře pro velmi ranou fázi vývoje vesmíru. Tento scénář totiž předpovídá stejný vliv na rozložení polarizace reliktního mikrovlnného záření, jaké bylo pozorováno (jde o tzv. primordiální polarizaci s módem B, stručně řečeno o specifické víry či kudrlinky), přičemž dotyčný vliv nemůže být podle teorie vysvětlen prakticky nijak jinak, než právě pomocí působení gravitačních vln. Dá se tedy říct, že vědci v reliktním záření zpozorovali jednoznačný “fosilní otisk” gravitačních vln, vyvolaných inflačním stadiem expanze vesmíru krátce po Velkém třesku.
Mnozí odborníci soudí, že převratná měření experimentu BICEP2 si zasluhují Nobelovu cenu. Uvnitř komunity astrofyziků a kosmologů se také vyskytly hlasy, že polarizační potvrzení inflační fáze vývoje vesmíru posiluje možnost existence spousty vesmírů v rámci tzv. multivesmíru (multiversa). Měření budou mít také pozitivní vliv na další práci v oblasti teorie sjednocování fundamentálních sil. Vědci navíc připravují dokonalejší verze experimentu BICEP2.
Zdroje: Scientific American, BICEP2, BICEP Keck, BBC, Wired, Nature, Popular Science, Phys.Org, Space.com, New Scientist, Sean Carroll
Autor: Pavel Vachtl