Plancko žemėlapis atskleidžia kosmoso gimimą, gyvenimą ir mirtį

Nuo ap­vers­tą du­be­nį pri­men­an­čios pra­džios iki Didž­iuo­ju Ply­ši­mu vad­ina­mos pabaig­os, nau­jas Plan­cko tel­es­ko­po duo­me­nų že­mė­la­pis kei­čia mū­sų su­prat­imą apie vis­atą.

„Rytoj kosmologams bus kaip gimtadienis, su daugybe dovanų ant stalo ir mes jas vieną po kitos atidarinėsim.“

Taip kalbėjo Draganas Hutereris iš Mičigano universiteto Ann Arbore, Europos kosmoso agentūros sudaryto, kol kas didžiausios raiškos, visos kosminės mikrobangų spinduliuotės (KMS), pirminės visatos relikto, žemėlapio pristatymo išvakarėse.

Ir tai buvo puikus gimtadienis. Kaip ir su tikromis dovanomis būna, kai kurie žemėlapio duomenys buvo laukti, kiti – visiški siurprizai ir ne visi malonūs. Keletas anomalijų, tarp kurių vadinamoji Blogio ašis (pažymėta balta linija dešinėje), iškelia daugiau klausimų, nei atsako.

Žemėlapis, išleistas kovo 21 dieną, buvo nubraižytas, remiantis ESA Plancko palydovo duomenimis, registravusio KMS temperatūrų variacijas. Jos kilo nuo kvantinių fluktuacijų, kurios buvo ištemptos iškart po visatos gimimo per trumpą greitesnio plėtimosi periodą, vadinamą infliaciją, ir nulėmusį dabar matomą žvaigždžių ir galaktikų išsidėstymą.

Šerlokai, kas tai padarė?

Labai laukti duomenys, turėję atskleisti ar ir, jei taip, tai kaip, įvyko infliacijos procesas. „Infliacija yra pradinė mūsų visatos sąlyga. Tai vienas iš fundamentaliausių dalykų“, – sako Hutereris, kuris nebuvo Plancko komandos narys.

Ankstesniuose, mažesnės raiškos žemėlapiuose nėjo įžvelgti proceso vystymosi. Jei infliacija spartėja panašiai, kaip nuo kalvos riedantis kamuolys, nebuvo aišku ar įkalnė buvo kaip dubens vidus – tai reikštų iš pradžių sparčią, bet vėliau sulėtėjančią infliaciją – ar kaip dubens išorė. Dar buvo neaišku ar dubuo buvo plokščias, kaip makaronų lėkštė, ar stati vaza.

Plancko pagerintas KMS karštų taškų pasiskirstymo vaizdas piešia slydimą plokščio dubens išore; komandos narys Martinas White'as sako, kad 70 procentų išlinkio modelių gali būti išbraukti.

Tačiau tolesnės detalės tebėra neaiškios, pavyzdžiui, ar greitėjimas vyko spirale apie dubenį ar tiesiai žemyn. Negalime atsakyti ir į didžiausią klausimą: kodėl infliacija išvis nutiko. Naujais Plancko duomenimis paremtos teorijos, be abejo, pateiks savų pasiūlymų. „Užtikrintai žinome, kad nusikaltimas buvo įvykdytas, – dėsto White'as. – Bet esame užstrigę, kol ateis Sherlockas Holmesas ir pasakys, kas čia vyksta.“

Multivisatos

Kita Plancko dovana, jei galima taip pavadinti, yra anomalijų paketas, tarp kurių ir Blogio Ašis. Jei infliacija vyksta paprasčiausiu keliu, visata turėtų atrodyti taip pat visomis kryptimis, o karštų ir šaltų taškų išsidėstymas turėtų būti atsitiktinis, bet ankstesni žemėlapiai parodė, kad taip nėra. Žymiausiai anomalijai – linijai, regis, skiriančiai mažus temperatūrų skirtumus nuo didelių – buvo suteiktas Blogio Ašies pavadinimas, nes ji atkartoja Saulės sistemos plokštumą.

Kaip iš pavadinimo nesunku nuspėti, daugeliui Ašis nepatinka, ir jos regimąjį lygiavimąsi su Saulės sistema laikydami ženklu, kad tai yra artefaktas, kylantis dėl KMS stebėjimo būdo. Jie tikėjosi, kad su didesne Plancko raiška jis išnyks, tačiau nutiko priešingai. Plancko duomenys patvirtina, kad Ašis ir kitos anomalijos egzistuoja ir rodo, kad jos nėra tiesiog klaidos dėl dulkių ar teleskopo veikimo, kaip daugelis tikėjosi.

Plancko komandos narys Krzysztofas Gorski'is nurodo, kad Ašis nėra lygiagreti Saulės sistemos plokštumai, kaip manyta anksčiau, tad ją reikia paaiškinti, pavyzdžiui, ankstyvojo visatos audinio pūpsniu, sutrikdžiusiu infliacijos simetriją. „Būtų be galo nuostabu, jei tai būtų fundamentali, ankstyvosios visatos priežastis“, – sako Hutereris.

Žiauri pabaiga

Kita anomalija, pasilikusi iš ankstesnių žemėlapių, yra didelė šalta dėmė (apibraukta paveikslėlyje), galinti būti kitos visatos ženklu. Mintis apie multivisatas vis pasirodo kosmologijoje, bet lieka nepatvirtinta. Kai šaltas taškas buvo pastebėtas ankstesniuose KMS žemėlapiuose, kai kurie kosmologai iškėlė idėją, kad tai gali būti „mėlynė“, likusi nuo susidūrimo su kita visata.

Kokio ryškumo yra Plancko palydovo naujas žvilgsnis į kosminį reliktinį spinduliavimą – radiacijos raibulius, likusius nuo Didžiojo Sprogimo?
©NASA/European Space Agency; graphic by Adam Becker and Peter Aldhous

Planckas gali pateikti ir ateities užuominų. Viena netikėta dovana yra naujas visatos plėtimosi spartos įvertinimas. Spartą apibūdina parametras, vadinamoji Hablo konstanta. Prieš Plancką, ji buvo skaičiuojama iš žvaigždžių, vadinamųjų cefeidžių, kurias galima naudoti plėtimosi dabartinės spartos palyginimui su neseniai buvusia. KMS sprendžia šią problemą iš kito galo ir leidžia apskaičiuoti plėtimosi spartą visatos pradžioje.

Jei greitėjimas pastovus – vyraujančios teorijos sako, kad taip yra – šie du skaičiai turėtų sutapti. Bet jie nesutampa. Vienas galimas paaiškinimas yra toks, kad tamsiosios energijos, sukeliančios greitėjantį plėtimąsi, tankis laikui bėgant, didėja. Tai tiesia kelią visatai, besibaigiančiai dramatišku „Didžiuoju Plyšimu“, o ne dabar prognozuojama laipsniška šilumine mirtimi.

„Tai gana radikalu“, – sako White'as, bet pripažįsta, kad tai yra „toks dalykas, kurį žmonės turės pradėti tyrinėti, kad išsiaiškintų kas vyksta“.

Sterilūs neutrinai, ilsėkitės ramybėje

Tai tikrai sveikintinas poslinkis, palyginus su vienu atradimu: Plancko duomenys nužudė sterilų neutriną. Ši hipotetinė dalelė žadėjo paaiškinti tamsiąją materiją, sudarančią, pasak Plancko, iki 84,5 procentų visatos materijos.

Ankstesni KMS žemėlapiai rodė tolygesnę, nei tikėtasi, visatą. Tai paliko vietos steriliam neutrinui, kuris būtų buvęs netgi dar vaiduokliškesnis, nei egzistuojantys miuonų, tau ir elektronų neutrinai, kuris būtų galėjęs pernešti energiją iš vienos visatos dalies į kitą, neužstrigdamas, kaip įprasta materija. Bet Planckas parodė pakankamai grūdėtą visatą, kad ją būtų galima paaiškinti trimis žinomais neutrinais, pašalinant ketvirtojo poreikį.

Galiausiai, tarp gimtadienio dovanų buvo ir skolos raštelis: Planckas turės suteikti detalų KMS orientacijos, kitaip poliarizacijos fluktuacijų žemėlapį. Be viso kito, tai gali pateikti spartaus ankstyvojo visatos plėtimosi sukeltų gravitacinių bangų įrodymų. Tai pagrindinė Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos prognozė, bet ji lieka nepatvirtinta. Planckas išmatavo poliarizaciją, kurios duomenis ESA paskelbs kitų metų pradžioje.

„Planckas“ pakeitė mūsų visatos receptą

Plancko teleskopu padarytas Kosminio mikrobangų spinduliavimo (KMS) žemėlapis yra įvairių idėjų maišas fizikos teoretikams

Laimėtojai

▲ Lėto riedėjimo infliacija

Ar greitėjančio plėtimosi pliūpsnis iškart po visatos gimimo greitėja kaip kamuoliukas, riedantis žemyn dubens vidumi, ar apversto dubens išore? Plancko žemėlapis patvirtina pastarąjį variantą, žinomą, kaip lėto riedėjimo infliacija. Dabar fizikai gali pradėti tirti, kodėl infliacija nutiko.

▲ Blogio Ašis

Ankstesniuose KMS žemėlapiuose pasirodžiusi linija, skirianti didelio KMS temperatūrų skirtumo regionus nuo mažesnių, atrodė per keistai, kad būtų tiesa. Bet Blogio Ašis išliko, sustiprindama jos paaiškinimo poreikį.

▲ Multivisatos

Šalta dėmė šiaip jau tolygiai kintančiame KMS taip pat atrodo tikresnė. Ar tai kitos visatos, atsitrenkusios į mūsiškę, atspaudas?

▲ Didysis Plyšimas

Plancko žemėlapis leidžia įvertinti ankstyvosios visatos plėtimosi spartą, kuri tada buvo lėtesnė, nei dabar. Tai kelia mintį, kad tamsioji energija, atsakinga už visatos plėtimąsi, tankėja. Tai paremia teoriją, pagal kurią visata galiausiai sudraskoma į skutelius per Didįjį Plyšimą.

Pralaimėtojas

▼ Sterilus neutrinas

Vaiduokliškieji neutrinai būna trijų tipų. Ankstesniuose KMS žemėlapiuose visata buvo itin glotni: ar tai ketvirtasis „sterilus“ neutrinas, su materija sąveikaujantis netgi dar silpniau, nei kiti trys, taip viską suglotnino? Vargiai: naujasis žemėlapis labiau grūdėtas, tad ketvirtojo neutrino nė nereikia.

Verdikto nėra

■ Erdvėlaikio raibuliai

Dabartinis Plancko žemėlapis sudarytas iš KMS temperatūros skirtumų, bet planuojama įtraukti ir pirminės šviesos poliarizacijos variacijas. Tai galėtų atskleisti erdvėlaikio raibulius, vadinamąsias gravitacines bangas.