Jeśli dobrze rozumiemy losy Wszechświata tuż po Wielkim Wybuchu, to cała przestrzeń obecnie powinna być wypełniona „szumem” słabych fal grawitacyjnych. Ich poszukiwania trwają i są już pierwsze rezultaty.
Na przełomie lat ‘70 i ‘80 ubiegłego wieku powstało pojęcie inflacji kosmologicznej, czyli wykładniczej ekspansji czasoprzestrzeni, która rozpoczęła się po epoce Wielkiej Unifikacji, tj. 10−36 s po Wielkim Wybuchu i trwała prawdopodobnie do 10−32 s po umownej chwili zero. Gwałtownemu rozszerzaniu Wszechświata towarzyszył mechanizm wytwarzania cząstek, odpowiedzialny nie tylko za generowanie pierwotnych fluktuacji gęstości, będących źródłem ewolucji struktur kosmicznych w dużych skalach, ale też za wytwarzanie stochastycznego tła pierwotnych fal grawitacyjnych, które mogły go swobodnie przenikać zanim stał się przezroczysty dla promieniowania elektromagnetycznego.
Stochastyczne tło fal grawitacyjnych różni się znacząco od fal grawitacyjnych pochodzących od jednorazowych incydentów (np. połączenia się dwóch czarnych dziur) lub ciągłych okresowych fal grawitacyjnych (np. pochodzących od pulsarów). W tych przypadkach źródła wysyłające fale grawitacyjne są zlokalizowane w określonych miejscach na niebie. Z kolei tło stochastyczne traktuje się w pierwszym przybliżeniu jako izotropowe, analogiczne do mikrofalowego promieniowanie tła. Wykorzystanie tła stochastycznego do badania najwcześniejszych momentów Wszechświata, na przykład inflacji, zapewniłoby bezprecedensowe okno na fizykę wczesnego Wszechświata.
Andrzej Drzewiński jest dziekanem Wydziału Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie Zielonogórskim. Jego działalność naukowa skupiała się wokół fizyki statystycznej oraz fizyki ciała stałego, lecz ostatnio zaangażował się w tematykę metamateriałów magnetycznych. Jako popularyzator chętnie podejmuje tematy z szeroko pojętej fizyki i astronomii. Janusz Osarczuk od wielu lat pisze do Uranii artykuły koncentrujące się na obiektach zwartych i heliofizyce. Coraz częściej sięga również po tematy związane z wczesnym Wszechświatem.
Czy pierwotne fale grawitacyjne przekształcą się z bytu hipotetycznego w byt realny? Czy zostanie potwierdzone, że Wszechświat doświadczył fazy inflacji? Czy również istnienie grawitacji kwantowej zostanie w ten sposób udowodnione? Są to niezwykle ciekawe pytania. Wydaje nam się, że uzyskanie odpowiedzi będzie nie tyle interesujące, co wręcz fascynujące.
O teorii inflacji i możliwościach detekcji pierwotnych fal grawitacyjnych przeczytaj w najnowszym numerze 4/2024 "Uranii - Postępów Astronomii".
Zamów numer w internetowym sklepie Uranii albo w salonie lub sieci Empik.
Zamów roczną lub dwuletnią prenumeratę "Uranii - Postępów Astronomii" i nie przegap żadnego numeru!
Więcej:
- Publikacja na temat planowanej misji LiteBIRD do badania pierwotnych fal grawitacyjnych
- Tło fal grawitacyjnych (odc. 166) w Astronarium
- Archiwalne numery Uranii dostępne bezpłatnie w Cyfrowym Archiwum Uranii
Opracowanie: Magda Maszewska, Maciej Mikołajewski
Ilustracja: Wizualizacja polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła wykrytej na całym niebie przez należącego do ESA satelitę Planck. Źródło: ESA/Planck
