FoodPro Preloader

Gravity Waves fra Big Bang oppdaget


Bevis på gravitasjonsbølger opprettet av kosmisk inflasjon er vist her i dette bildet av kosmisk mikrobølge bakgrunnsstråling samlet av BICEP2-eksperimentet på Sørpolen. Beviset kommer i form av en signatur som kalles B-modus polarisasjon, en krølling av orienteringen eller polarisasjonen av lyset, betegnet av de svarte linjene på bildet. Fargen

Bevis på gravitasjonsbølger opprettet av kosmisk inflasjon er vist her i dette bildet av kosmisk mikrobølge bakgrunnsstråling samlet av BICEP2-eksperimentet på Sørpolen. Beviset kommer i form av en signatur som kalles B-modus polarisasjon, en krølling av orienteringen eller polarisasjonen av lyset, betegnet av de svarte linjene på bildet. Fargen indikerer små temperaturvariasjoner i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen som tilsvarer tetthetsfluktuasjoner i tidlig univers.

Fysikere har funnet en langspådd vri i lys fra big bang som representerer det første bildet av krusninger i universet kalt gravitasjonsbølger, forskere kunngjorde i dag. Funnet er direkte bevis på inflasjonsteorien, ideen om at universet ekspandert ekstremt raskt i den første brøkdel av en nanosekund etter at den ble født. I tillegg kommer signalet gjennom mye sterkere enn forventet, utelukker en stor klasse inflasjonsmodeller og potensielt peker mot nye teorier om fysikk, sier eksperter.
"Dette er stort, " sier Marc Kamionkowski, professor i fysikk og astronomi ved Johns Hopkins University, som ikke var involvert i oppdagelsen, men som spådde tilbake i 1997 hvordan disse gravitasjonsbølgeinntrykkene kunne bli funnet. "Det er ikke hver dag du våkner og finner ut noe helt nytt om det tidlige universet. For meg er dette som Nobelprisen verdig som det blir. "
Bakgrunnsbildingen av Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) -eksperimentet ved Sørpolen fant et mønster kalt primordial B-modus polarisasjon i lyset igjen fra like etter big bang, kjent som den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). Dette mønsteret, i utgangspunktet en krølling i polarisasjonen eller orienteringen av lyset, kan kun opprettes av gravitasjonsbølger produsert av inflasjon. "Det ser ut som et swirly mønster på himmelen, " sier Chao-Lin Kuo, en fysiker ved Stanford University, som designet BICEP2-detektoren. "Vi har funnet røykepistolens bevis for inflasjon, og vi har også produsert det første bildet av gravitasjonsbølger over himmelen."
Et slikt banebrytende funn krever bekreftelse fra andre eksperimenter for å bli virkelig trodd, sier fysikere. Likevel har resultatet vunnet ros fra mange ledere i feltet. "Det er en sjanse for at det kan gå galt, men jeg tror det er høyst sannsynlig at resultatene står opp, " sier Alan Guth fra Massachusetts Institute of Technology, som først spådde inflasjonen i 1980. "Jeg tror de har gjort en utrolig god jobb av analysen. "BICEP2 detektorer fant et overraskende sterkt signal om B-modus polarisering, noe som ga dem nok data til å overgå" 5-sigma "statistisk signifikansgrense for en sann oppdagelse. Faktisk var forskerne så opptatt av å se et slikt blaring signal i dataene de holdt av med å publisere det i mer enn et år, på jakt etter alle mulige alternative forklaringer for mønsteret de fant. Til slutt, da BICEP2s etterfølger på samme sted, Keck Array, kom på nettet og begynte å vise det samme resultatet, følte forskerne seg selvsikker. "Det spilte en viktig rolle i å overbevise oss om at dette er noe ekte, " sier Kuo.
Den kosmiske mikrobølgebakgrunnen er en svak glød som gjennomsyrer hele himmelen, dateres tilbake til bare 380.000 år etter big bang. Før da var baby universet for varmt og tett for lys å reise langt uten å støte på saken. Når det ble avkjølt til det punktet at nøytrale atomer kunne dannes, ble lyset frigjort for å fly gjennom rommet uhindret, og det ble CMB. Denne gløden ble oppdaget ved et uhell 1964 av Arno Penzias og Robert Wilson, som i utgangspunktet mistet det for forstyrrelser forårsaket av duggfuger på deres antenne. Til slutt innså forskerne at de hadde oppdaget et avtrykk fra det primordiale universet, et funn som vant dem 1978 Nobelprisen i fysikk. "Det er utrolig hva som kommer ut av CMB, " sier Wilson. "I utgangspunktet skjønte jeg ikke hvor som helst i nærheten av hvor mye informasjon det kunne komme fra det. Fra mitt synspunkt har det vært en fin tur. "
BICEP2 bruker rundt 250 miniatyrbilder av polarisasjonsdetektorer for å se etter en forskjell i CMB-lyset fra en liten hakk som kommer gjennom teleskopet i to vinkelrette retninger. Instrumentet samler data mellom januar 2010 og desember 2012 på Amundsen-Scott South Pole Station, hvor den kalde, tørre luften gir spesielt stabile visningsforhold. Et annet eksperiment der, South Pole Telescope, rapporterte å finne B-modus polarisasjon i fjor, selv om signalet det så, var i en annen vinkellengde over himmelen og tydelig var på grunn av den kjente prosessen med gravitasjonslinsing (en lysformasjon av lys forårsaket av massive objekter) av CMB ved store galakser, snarere enn de primordiale gravitasjonsbølgene som er sett her.
BICEP2 har rikelig med konkurranse i å søke etter polarisering av B-modus i CMB: andre prosjekter inkluderer Atacama B-modus Search (ABS) ledet av Princeton University; POLARBEAR-eksperimentet ledet av University of California, Berkeley; Ballongbåret E og B-eksperimentet (EBEX) drives av University of Minnesota; Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) ledet av Johns Hopkins University; og mange andre. Gitt at BICEP2-teamet så et klart signal, bør disse søkene enkelt bekrefte resultatene dersom de er ekte. "Akkurat nå er det bare toppen av isfjellet, " sier Kamionkowski. "I de kommende årene skal vi kunne trekke ut en stor mengde fra disse målingene. Det er en flott ting, ikke bare for gutta som fant det, men også for folkene de scooped "fordi de forskjellige eksperimentene skulle samle komplementære data.
BICEP2-forskerne har rapportert et overraskende stort antall for r, forholdet mellom gravitasjonsbølgefluktuasjonene i CMB til fluktuasjonene forårsaket av forstyrrelser i tetthet av materie. Denne verdien ble tidligere estimert til å være mindre enn 0, 11 basert på CMB-kart fra all-sky-kart fra Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) og Planck-satellitten. BICEP2s verdi er imidlertid rundt 0, 20. "Alt hengsler på denne lille r, " sier Guth, "og denne målinger forandrer ting ganske mye. Faktisk, modellene som så ut som de ble utelatt i forrige uke, er nå modellene som er favorisert denne uken. "En slik høy verdi av r viser for eksempel at inflasjonen begynte enda tidligere enn noen spådde modeller, på en tredelte av en trillionth av en trillionth av et sekund etter big bang.
Tidspunktet for inflasjonen forteller i sin tur fysikere om energibalansen til universet da inflasjonen pågikk. BICEP2s verdi av r antyder at dette var den samme energiskalaen som alle naturens krefter unntatt tyngdekraften (de elektromagnetiske, sterke og svake kreftene) kunne ha blitt forent i en enkelt kraft - en ide som heter storforenet teori. Funnet styrker ideen om enestående forening og regulerer en rekke inflasjonsmodeller som ikke har en slik energiskala. "Dette kollapser virkelig plassen av troverdige inflasjonsmodeller med stor mengde, " sier Kamionkowski. "I stedet for å lete etter en nål i en høystakk, vil vi lete etter en nål i en sandbøtte." Store, enhetlige teorier tyder på at det finnes nye felt som virker på samme måte som Higgs-feltet som er forbundet med Higgs bosonpartikkelen oppdaget i 2012. Disse nye feltene vil igjen tyde på at andre tyngre Higgs bosonpartikler også eksisterer, selv om de med masse så høye de ville være umulige å opprette i en hvilken som helst tradisjonell partikkelakselerator. "Denne måling tillater oss å bruke tidlig univers som et laboratorium for ny fysikk i energiklasser som ellers er utilgjengelige for oss, " sier Kamionkowski.

Jetting deres vei til en bedre forståelse av global oppvarming30 under 30: Utforsk Stringteori for å finne ut hvordan ting fungererThe Green Apple: Hvordan kan byer tilpasse seg klimaendringer?Høyteknologi i 1867Venter på dyr: Casting East African Wildlife "i en tilstand av å være"En kraft å regne medBefolkning og bærekraft: Kan vi unngå å begrense antall personer?Europas flomforsinkelser til Soar innen 2050