Under självaste big bang spelade gravitationsvågor en avgörande roll för hur hur dagens universum ser ut. Nu har ett avancerat teleskop för mikrovågor från rymden, placerat vid Sydpolen, sett tecken på dessa krusningar i rumtiden.
[Uppdatering: upptäckten blev kontroversiell och bekräftades inte. Läs alla våra inlägg om BICEP2.]
En av vetenskapens märkligaste teorier, inflationsteorin, har därmed klarat ett viktigt prov som i sin tur ger en inblick i stora smällens första bråkdelar av en sekund.
BICEP2 och grannen South Pole Telescope vid sydpolen. (Foto: Harvard CfA)
Astronomer från bland annat Harvarduniversitetet i USA rapporterar idag om nya, extremt känsliga observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen. Till skillnad från tidigare mätningar har de med teleskopuppställningen BICEP2 kunnat uppskatta i detalj hur mycket den är polariserad och i vilka riktningar. Om du tittar genom polaroidglasögon blockeras ljus som blivit polariserat av att reflekteras av till exempel snö eller havsytan. På liknande sätt kan astronomer mäta polariseringen hos ljus från rymden i alla våglängder.
Den kosmiska bakgrundsstrålningen är det äldsta och mest långväga ljus som astronomer har kunnat mäta. Strålningen släpptes loss från materian i det unga universum bara 380 000 år efter big bang och är oerhört jämn över hela himlen. Men dess färger, och detaljerna i kartorna över den som gjorts av satelliter som COBE, WMAP och Planck, ger oss en massa kunskap om universums födsel och tidig utveckling.
De nya mätningarna stämmer väl överens med kosmologins mest obekväma men mest spännande idé, inflationsteorin. Denna teori ger en enkel om än bisarr förklaring till varför materian i den delen av universum som vi kan se varit så jämnt fördelad då bakgrundsstrålningen släpptes loss. Inflation går ut på att rummet självt genomgick en accelererande expansion av fullständigt obegripliga mått, drivet av krafter som kosmologer bara har vaga aningar om . Energin i expansionen omvandlades sedan till den hutlöst heta myller av partiklar som vi känner som big bang eller stora smällen, då allt expanderade och svalnade av, nu i makligare takt.
Spår av inflationstiden borde finnas kvar, tror forskarna. Teorin förklarar bakgrundsstrålningens märkligt jämna sken, men den förutspår andra mer subtila tecken i mikrovågsskyn, i ljusets polarisering. Rummets otroliga expansion under inflationstiden (med en faktor 1 följt av uppskattningsvis 78 nollor, om det hjälper!) ger upphov till gravitationsvågor som påverkar hur materian som uppstår i big bang fördelar sig. Gravitationsvågor har aldrig direkt detekterats, men att de finns och bär bort energi från till exempel snurrande stjärnor gav ett nobelpris i fysik 1993.
Virvlar i kartan över polariserad bakgrundsstrålning avslöjar B-moden. Och den bekräftar inflationsteorin. Klicka för fler bilder. Bild: Harvard CfASpecifikt handlar det om att skilja mellan lutningar i mätvärdena (så kallade E-mode-polarisering) och skruvstrukturer i mätvärdena (B-moden kallade) – tänk på en pappersbåt på havsytan så får du en känsla för skillnaden: båten följer antingen strömmar (E-moden) eller snurrar vid virvlar (B-moden). Dessa mönster i polariseringskartan kan uppstå tack vare att ljuset passerat förbi tunga galaxhopar på vägen till oss, eller så kan mönstren varit där i ljuset redan 380 000 år efter big bang. E-mode-polarisering är relativt lätt att mäta, men det är B-mode-mönstren som bär med sig tecken på gravitationsvågorna som uppstod under inflationen.
År 2013 lyckades BICEP2:s granne South Pole Telescope upptäcka de första tecknen på B-mode-polarisering, och de stämde väl överens med materians påverkan på bakgrundsstrålningen.
Men nu har BICEP2 kunnat mäta en tydlig B-mode-signal i polariseringen i bakgrundsstrålningen, en signal vars enklaste förklaring är att den skapades av gravitationsvågor under inflationstiden. Den häpnadsväckande inflationsteorin verkar stämma överens med verkligheten, och ger en inblick i ett stadium i vårt kosmos början som vi först nu kan börja tro på. Och, såklart, utsätta för nästa tuffa prov.
Ska vi tro på upptäckten? Fler liknande mätningar kommer inom kort som kan bekräfta BICEP2:s eller visa att vi inte är där ännu. I rymden samlade ESA:s Planckteleskop fram till i oktober polariseringsmätningar av bakgrundsstrålningen som lär släppas under året, och på marken samlar även experimentet Polarbear mätningar från en observationsplats i Chiles Atacamaöknen.
Universums historia enligt forskarna bakom BICEP2. Klicka för en större version. (Bild: Harvard CfA)
Läs mer: DN:s utmärkta rapport med citat från Max Tegmark, Tegmarks egna genomlyckliga respons på upptäckten i Huffington Post. I Sveriges radio kan du lyssna på Bengt Gustafsson, Maria Sundin och Max Tegmark som samtalar i ett uppsluppet Vetandets värld. Se även förhandssnack om upptäckten hos Sean Carroll och läs Matt Strasslers kärnfulla förklaringar av inflationsteorin och big bang. Strassler har också kommenterat resultaten.
