Am 17. März 2014 gaben Astronomen eine historische Entdeckung bekannt. Gravitationswellen hinterließen einen tiefen Eindruck in der Reliktstrahlung, die das gesamte Universum durchdringt und zu Beginn der Zeit erzeugt wurde. Sie ermöglichten es uns, die Natur der Inflationsperiode zu untersuchen, die unmittelbar nach dem Urknall ein rasches Wachstum unseres Universums impliziert.
Die Suche nach zusätzlichen Daten zugunsten der Theorie der kosmischen Inflation hätte eine ausreichende Entdeckung sein müssen, aber die Tatsache, dass Astronomen jetzt Beweise für die Existenz von Gravitationswellen haben, macht diesen St. Patrick's Day zu einem besonderen Tag für die Kosmologie.
Bild des "kindischen" Universums. Die Karte zeigt die WMAP-Mikrowellen-Hintergrundtemperaturen an. Hot Spots - rot und kalt - blau.
Also, was ist das, Gravitationswellen? Sie können als Wellen in der Raumzeit dargestellt werden, die massive Bewegungen der Bewegung durch den Raum erzeugen. Stellen Sie sich vor, Sie hätten den Ball in den Pool geworfen. Die Wellen, die durch Schlagen des Balls gegen Wasser entstehen, breiten sich vom Aufprallpunkt aus in verschiedene Richtungen aus. Gravitationswellen wirken auf die gleiche Weise, aber im Gegensatz zu Wellen auf der Wasseroberfläche breiten sich Gravitationswellen mit Lichtgeschwindigkeit durch den dreidimensionalen Raum aus. Die Gleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein sagte ihre Existenz voraus. Darüber hinaus gab es einige indirekte Beobachtungen von Gravitationswellen, die die Orbitalenergie aus binären Sternensystemen spülen. Da wir Raum-Zeit-Objekte sind, müssen wir auch in der Lage sein, ihre Anwesenheit zu erkennen, wenn sie die lokale Raum-Zeit durchlaufen. Multimillionen-Dollar-Experimente, wie das Laserinterferometer der Schwerewellen des Observatoriums (LIGO) in Louisiana und Washington, wurden gebaut, um Gravitationswellen, die sich durch die Erde ausbreiten, direkt zu erfassen. Ihre Entdeckung hat sich jedoch bisher als katastrophale Illusion erwiesen.
Urknalltheorie: Die Singularität ist der Ausgangspunkt, gefolgt von Expansion.
Cosmic Microwave Background oder CMB ist ein berühmtes Urknall-Artefakt. Diese geringfügigen Temperaturschwankungen, die am äußersten Rand des sichtbaren Universums auftreten und für das Echo der Entstehung des Universums stehen, wurden mit Weltraumteleskopen wie der Mikrowellenanisotropiesonde der NASA Wilkinson und dem Planck-Observatorium in Europa untersucht. Diese Observatorien messen speziell kleine Temperaturstörungen (sogenannte Anisotropien) im CMB und studieren Informationen über die Bedingungen unmittelbar nach dem Urknall und können sogar das Alter des Universums herausfinden. Die schnelle Inflationsperiode geht davon aus, dass sich unser Universum in Bruchteilen von Sekunden um eine Milliarde Billionen Mal vergrößert hat. Erstaunlicherweise ist dies eine quantengroße Störung, die zu dieser Zeit auftrat und über Nacht aufgebläht war, und Astronomen gehen davon aus, dass diese winzigen Strukturen heute in Form großer Gravitationsstörungen beobachtet werden können. Vor der Verwendung des BICEP2-Projekts gingen die Wissenschaftler jedoch davon aus, dass diese Wellen zu schwach sind, um erkannt zu werden. Es stellt sich heraus, dass sie falsch lagen.
Mögliche Optionen für das Ende des Universums
"So fand man eine Nadel im Heuhaufen, aber stattdessen fanden wir Schrott", sagte BICEP2-Projektleiter Clem Prike von der University of Minnesota.
"Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind umwerfend", sagte Projektkoordinator Jamie Bock, Physiker am California Institute of Technology und am Jet Propulsion Laboratory (JPL). "Wir messen das Signal, das von jeher kommt."
BICEP2 befindet sich unter den trockenen atmosphärischen Bedingungen der Antarktis und bietet eine sehr klare Sicht auf den Weltraum. Das Gerät kann die Polarisation eines schwachen Signals von der Hintergrundstrahlung messen. Auf der Erde kann Sonnenlicht polarisiert werden, wenn es von einem Spiegel reflektiert wird oder wenn es mit einer polarisierten Sonnenbrille gefiltert wird (wodurch die Blendung verringert wird). Die Strahlung der antiken Reliquie kann auch polarisiert werden, und Gravitationswellen können die Polarisation der einfallenden Strahlung beeinflussen. Die spezielle Art der Polarisation, die als "B-Polarisationsmodus" bezeichnet wird, suchte BICEP2 und nun haben Astronomen sie mit großer Sicherheit entdeckt.
„Das Wirbelmuster der Polarisation im B-Modus ist eine einzigartige Signatur der Gravitationswellen“, sagt Chao-Ling Guo, einer der Projektleiter der Stanford University und des National Accelerator Laboratory.
Die heutige Ankündigung wird als "Entdeckung des Jahrhunderts" angepriesen, und obwohl die beiden heute veröffentlichten Dokumente nur gedruckt werden, kann man mit Sicherheit sagen, dass Astronomen "ins Schwarze getroffen" haben. Diese Ergebnisse bestätigen nicht nur die Theorie der kosmischen Inflation und weisen auf das Vorhandensein von Gravitationswellen hin, sondern können auch mit einem der schwierigsten Probleme der modernen Quantenphysik in Verbindung gebracht werden, nämlich der Frage, welche Rolle die Gravitation in der Quantenwelt spielt.
