Wissenschaftler berichten Beweise für Gravitationswellen im frühen Universum

Was die direktesten Beweise der letzten großen unbestätigten Vorhersage Einsteins sowie eine machtvolle Bestätigung einer heftig schnelle Expansion des frühen Kosmos darstellen würde kündigte Wissenschaftler mit einem innovativen Südpol Teleskop Beweise für den ersten Nachweis von Gravitationswellen in den ersten Momenten des Universums.

Außerhalb Experten reagierten begeistert auf die Ergebnisse, sondern darauf hingewiesen, dass die Daten ungewöhnliche Eigenschaften, die möglicherweise letztlich im Widerspruch zu früheren Beobachtungen und könnte erfordern kompliziertere Modelle für die Expansion des Universums früher hat als bisher erwartet.

Die Ankündigung erfolgte durch die bullige klingenden BICEP2 Zusammenarbeit, die tatsächlich in der brainier Name "Hintergrund Bildgebung des extragalaktischen kosmischen Polarisation." übersetzt Das BICEP2-Team angekündigt, deren Ergebnisse heute in Serie von wissenschaftlichen Präsentationen und einer Pressekonferenz am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts Die Zusammenarbeit hat gepostet Vorabdruck eines Aufsatzes, hat zur Veröffentlichung eingereicht worden und wissenschaftliche Peer-Review zu unterziehen.

"Dieses Signal Erkennung eines der wichtigsten Ziele in der Kosmologie heute," sagte Harvard-Smithsonian John Kovac, principal Investigator des BICEP2 in einer Erklärung.

Durch jahrzehntelange Beobachtungen wurden die Wissenschaftler schätzen, dass das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren begann, aber wie das ursprüngliche Universum ins heutige Universum entwickelt, rätselhaft bleibt. Im Januar 1980 vorgeschlagen MIT Theoretiker Alan Guth eine Idee, höchst umstritten zugleich, dass das frühe Universum eine erstaunliche Wachstum-Spurt, bekannt als kosmische Inflation, unterzog sich seine Größe durch Multiplikation, so viel wie 10 Billionen Billionen Billionen Mal in den ersten Sekundenbruchteilen, zuvor mit einer normalen Geschwindigkeit zu erweitern.

Beweise für die Inflation begann akkumulieren in den frühen 1990er Jahren, als Wissenschaftler begann, detaillierte Messungen des ersten Lichts veröffentlicht nach dem Urknall zu machen. Dieses Licht weiter vom Rand des beobachtbaren Universums in Gießen und ist ausgestreckt, Mikrowellen-Strahlung durch die Zeit, die es die Erde erreicht.

Ab den 1990er Jahren, fanden Forscher heraus, dass diese kosmische Mikrowellenstrahlung winzige Temperaturschwankungen über den Himmel enthält. Diese winzige Schwankungen, Energie Schwankungen erklärt sich durch die Theorie der Quantenmechanik, offenbart Regionen hoher und niedriger Dichte der Materie. Diese Regionen würde zu großen Galaxienhaufen und Hohlräume zwischen Galaxienhaufen im späteren Universum entwickeln. Inflation geholfen diese winzigen Dichteschwankungen, schnell in große Galaxie-Strukturen oder riesige Hohlräume im Raum zu übersetzen. Die ersten Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung lieferte Beweise "Dichte Wellen" und dazu beigetragen, die um Unterstützung für die Idee der kosmischen Inflation zu bauen.

Schwerkraft war auch anwesend im frühen Universum. Wenn ein Objekt mit Masse beschleunigt, vorhergesagt von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, dass es Gravitationswellen, erstellen, werden die Wellen in der Raumzeit. Die Erde passieren, würde Gravitationswellen tatsächlich dazu führen, unseren Planeten zu erweitern und Vertrag sehr leicht. Diese Wellen sind so klein, dass sie nicht direkt zu diesem Punkt entdeckt worden. Aber Inflation des frühen Universums würden diese Gravitationswellen bis zu dem Punkt, dass sie einen spürbaren Eindruck in die kosmische Mikrowellenstrahlung machen würde verstärkt haben.

Durch das finden Beweise für diese Schwerkraft Abdrücke, "heute wir die andere Hälfte der Inflation, erkannt", sagte Zusammenarbeit Co-Leader Chao-Lin Kuo, Professor an der Stanford University und der SLAC National Accelerator Laboratory, auf der Pressekonferenz.

Wie viele andere Instrumente dieser Art bereitgestellt wird BICEP2 Teleskop am Südpol, wo die kalte, trockene und klaren Bedingungen klare Beobachtungen des Himmels mit sehr wenige Verzerrungen aus der Atmosphäre ermöglichen. BICEP2 Teleskop trainiert seine Sehenswürdigkeiten auf den Himmel von eins bis fünf Grad, etwa zwei bis zehn Mal den Mond breite messen.

Eine Eigenschaft in der kosmischen Hintergrundstrahlung bekannt als Polarisation gemessen. Polarisation ist eine Eigenschaft, die beim tragen Sonnenbrillen oder 3D für Kino Brille erlebt werden kann. Sonnenlicht wird vom Boden reflektiert, und das reflektierte Licht polarisiert – das elektrische Feld des reflektierten Lichts entlang einer bestimmten Richtung vibriert. Polarisierte Sonnenbrille blockieren diese Blendung, so können wir klarer sehen.

In ähnlicher Weise tendenziell Gravitationswellen durch Raum eine Polarisierung in das Licht zu schaffen, die es durchläuft. Die Forscher erkannt, hohes Maß an diese "B-Modus" Polarisierung, die geglaubt werden, um eine Signatur für die Übergabe von Gravitationswellen.

"Das war schon auf der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen, aber stattdessen fanden wir ein Brecheisen" BICEP2 Co-Leader Clem Pryke von der University of Minnesota erklärte bunt in die Pressemitteilung für die Ankündigung.

Andere antworteten mit vorsichtigen Aufregung über das Ergebnis.

"Wenn die Daten korrekt sind, bietet es unseren stärksten Beweise für die Inflation," schrieb Princeton Physiker David Spergel, der nicht Teil des Teams war, innen Wissenschaft. "Das Ergebnis der Bizeps scheint für Gravitationswellen, die [eine] inflationären Vorhersage und eines ihrer markantesten sind unter Beweis."

"Angesichts der Bedeutung dieses Ergebnisses, ist mein Ausgangspunkt, skeptisch," Spergel hinzugefügt. "Am wichtigsten ist, gibt es mehrere unabhängige experimentelle Gruppen, die dieses Ergebnis im nächsten Jahr testen."

"Dem Ergebnisbericht der Bizeps Zusammenarbeit erforderlich, eine Reihe sehr schwierigere und präzise Messungen," schrieb Nicolas Yunes, ein Physiker an der Montana State University in Bozeman, in einer e-Mail an innen Wissenschaft. "Die Zusammenarbeit hat ein starkes Signal angekündigt und sie haben eine sorgfältige Analyse der ihre systematische Fehler gemacht." "

"Wenn"ihre Interpretation richtig ist, "kann Yunes hinzugefügt, man denken der Bizeps Ergebnisse als der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen, die zu den frühesten Zeiten, die wir beobachten können."

"Diese Gravitationswellen Fossilien wie die Suche nach der ersten Dinosaurier Knochen, die die Existenz dieser prähistorischen Tiere bewiesen," schrieb Yunes. "Für einen Film, der diese"Dinosaurier"in Bewegung – zu beobachten, wie die Gravitationswellen rechtzeitig entwickeln – jedoch müssen wir warten für Beobachtungen mit bodengebundenen Interferometer, wie advanced LIGO und Jungfrau, die Gravitationswellen viel näher an der Milchstraße, während die langsamen sehen"inspiral"und Fusion von binären Schwarzen Löchern und Neutronensternen in unsere und benachbarten Galaxien."

Spergel und Yunes beide darauf hingewiesen, dass einige Funktionen der Daten, wie z. B. die sehr große Gravitationswelle Unterschriften, die bezogen auf die Dichte-Welle-Signale erkannt wurden Messungen in anderen Physik-Experimente wie WMAP und Planck, nicht zustimmen können, wenn beispielsweise das Standardmodell der Inflation durch eine kompliziertere ersetzt wird.

Gravitationswelle Signale können eine Reihe von großen Modellen des frühen Universums ausschließen und bieten Einblicke in das Wesen der Schwerkraft, helfen Physiker auf der Suche nach der allgemeinen Relativitätstheorie, das beschreibt das Universum auf großen Skalen und Quantenmechanik, die das Universum auf den kleinsten Skalen beschreibt, in Einklang zu bringen.

Wenn Inflation letztlich bestätigt wird, kann es die Idee von einem "Multiversum" unterstützen – die Idee, dass unser Universum einer von vielen im Kosmos ist. Schwerkraft in verschiedenen Universen möglicherweise völlig unterschiedliche Stärken als in unserem eigenen. Aber Rückschlüsse auf die Möglichkeit eines Multiversums scheint zu spekulativ zu diesem Zeitpunkt die Forscher angegeben.

Egal wie die Ergebnisse ausfallen scheint Kosmologie heute ein neues Kapitel begonnen haben.

"Eine neue Ära der Kosmologie, B-Modus hat begonnen," liest das Ende des BICEP2 Papiers, der heute vorgelegt wurde.

In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics. Ben P. Stein ist der Direktor der inneren Wissenschaft. Er wurde 1992 anwesenden, wo Wissenschaftler kündigte die ersten Messungen der Wellen in der kosmischen Hintergrundstrahlung.