النموذج القياسي لعلم الكونيات هو وصف قوي ودقيق للكون بشكل ملحوظ ، ويتتبع تطوره من الانفجار الأعظم إلى حالته الحالية ، لكنه لا يخلو من الألغاز. يُعرف أحد أكبر الأسئلة التي لم يتم حلها في النموذج القياسي بالتضخم الكوني المبكر.
الفكرة هي أنه في اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم ، كان للكون موجة تمدد شديدة. توسعت المسافات المكانية بترتيب نانومتر إلى أكثر من 10 سنوات ضوئية في جزء صغير من الثانية. إنها فكرة جامحة ولكنها مقبولة على نطاق واسع بين علماء الكونيات. أولاً ، نعلم أن التوسع الكوني حقيقي لأننا نلاحظه في الكون الحالي. من ناحية أخرى ، قد يفسر التوسع الكوني المبكر ثلاث حقائق مهمة عن الكون. لوحظ أنه مسطح مكانيًا على المقاييس الكبيرة ، ودرجة حرارة الخلفية متجانسة للغاية ، ولم نلاحظ بعض الفيزياء الغريبة مثل المغناطيسية أحادية القطب.
ولكن لمجرد أن النموذج منطقي ، فهذا لا يجعله صحيحًا. في حين أن التوسع الكوني المبكر يحظى بقدر كبير من الدعم النظري ، لا يوجد حاليًا تأكيد رصدي له. لقد ثبت أن العثور على الملاحظات لدعمها أمر صعب للغاية. صعب للغاية لدرجة أنه قبل عدة سنوات ، وجدت دراسة كبيرة تعرف باسم BICEP2 نفسها في مستوى معين من الجدل.
تظهر هنا أنماط الاستقطاب الفعلية في الوضع B التي يوفرها تلسكوب BICEP2. حقوق الصورة: مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية
التعاون BICEP هو تلسكوب مقره أنتاركتيكا والذي يراقب الضوء من الخلفية الكونية الميكروية. الضوء من الخلفية الكونية مستقطب ، مما يعني أن له اتجاهًا. على نطاق واسع ، يمكن أن يتخذ هذا الاستقطاب شكلين: الوضع E واستقطاب الوضع B. يبحث BICEP عن استقطاب النمط B لأن هذا هو الوضع الذي يمكن أن يكون ناتجًا عن موجات الجاذبية البدائية الناتجة عن التوسع الكوني المبكر. ووفقًا للنظرية ، فإن المفاجأة المبكرة للتضخم كانت أشبه بقرع الجرس الكوني ، ولا تزال موجاته الجاذبية صدى عبر الكون. يمكن لهذه الموجات تحريف الضوء المستقطب في اتجاه B-mode.
تكمن المشكلة في أن استقطاب النمط B يمكن أن يكون ناتجًا أيضًا عن تأثيرات أخرى ، مثل عدسة الجاذبية والغبار البينجمي. في 2014 BICEP2 أعلنوا أنهم اكتشفوا دليلاً على النمط B للتضخم الكوني ولكن بعد ذلك اضطر إلى ذلك تراجع عن ادعاءاتهم بأنها أكثر ترددًا. كانت نتيجة BICEP2 أن النتائج كانت غير حاسمة. ولكن تم إصدار نتائج جديدة من تعاون BICEP ، وهي أكثر تشجيعًا قليلاً.
أوضاع الاستقطاب المرصودة لـ BICEP3. الائتمان: BICEP / Keck Collaboration
يستخدم هذا العمل الجديد بيانات من أحدث عمليات مراقبة BICEP المعروفة باسم BICEP3 ، بالإضافة إلى الملاحظات من Planck و WMAP و Keck و BICEP2. تعمل البيانات المجمعة على تقليل مستويات الضوضاء إلى نقطة أقل من مستويات الإشارة لبعض النماذج التضخمية. في هذا المستوى ، لم يجدوا استقطابًا في الوضع B لا يمكن تفسيره بالغبار أو تأثيرات أخرى. بعبارة أخرى ، لم يروا أي دليل على موجات الجاذبية البدائية. وهذا يعني أنه يمكن استبعاد مجموعة واسعة مما يسمى بالنماذج 'البسيطة' للتضخم الكوني المبكر. إذا كان التضخم الكوني المبكر موجودًا ، فلا بد أن تأثيره يكون أكثر دقة مما كنا نظن.
هذا مثير لأنه يعني أننا نقترب بسرعة من النقطة التي سيتم فيها إما تأكيد أو رفض التضخم الكوني المبكر. في العقد القادم ، إما سيرصد علماء الفلك موجات الجاذبية البدائية أخيرًا ، أو سيتعين على علماء الكونيات إعادة التفكير بجدية في اللحظات الأولى للكون.
المرجعي:آدي ، بي إيه آر ، وآخرون. ' قيود محسّنة على موجات الجاذبية البدائية باستخدام ملاحظات Planck و WMAP و BICEP / Keck خلال موسم الرصد 2018 . 'خطابات المراجعة المادية127.15 (2021): 151301.