Big Bang

Big Bang
Credit: NASA/WMAP Science Team 

(Imaginea detaliată a întregului cer al universului nou creat din nouă ani de date WMAP. Imaginea arată fluctuațiile de temperatură vechi de 13,77 miliarde de ani (prezentate ca diferențe de culoare) care corespund germenilor care au crescut devenind galaxii. Semnalele din galaxia noastră au fost obținute utilizând datele multi-frecvență. Această imagine prezintă un interval de temperatură de ± 200 microKelvin.)

Astronomii combină modele matematice cu observații pentru a dezvolta teorii despre cum a evoluat Universul. Bazele matematice ale teoriei Big Bang includ teoria generală a relativității lui Albert Einstein, împreună cu teoriile standard ale particulelor fundamentale. Astăzi, nave spațiale NASA, cum ar fi telescopul spațial Hubble și telescopul Spitzer, continuă să măsoare expansiunea Universului. Unul dintre scopuri a fost de mult timp să decidem dacă Universul se va extinde pentru totdeauna sau dacă într-o zi se va opri, se va întoarce și se va prăbuși într-un “Mare Colaps”?

Radiația de fond

Conform teoriilor fizicii, dacă ar fi să privim Universul la o secundă după Big Bang, ceea ce am vedea ar fi o mare de neutroni, protoni, electroni, anti-electroni (pozitroni) de 10 miliarde de grade, fotoni și neutrini. Apoi, odată cu trecerea timpului, vedem universul cum se răcește, neutronii se dezintegrează în protoni și electroni sau se combină cu protoni pentru a produce deuteriu (un izotop de hidrogen). Pe măsură ce continuă să se răcească, ajunge în cele din urmă la temperatura în care electronii s-au combinat cu nucleele pentru a forma atomi neutri. Înainte de această “recombinare”, universul pare să fi fost opac, electronii liberi provocând lumina (fotonii) să se împrăștie modul la fel cum lumina Soarelui se împrăștie prin picăturile de apă din nori. Când electronii liberi au fost absorbiți pentru a forma atomi neutri, Universul a devenit brusc transparent. Aceiași fotoni – lumina remanentă a lui Big Bang cunoscută sub numele de radiații cosmice de fond – pot fi observați și astăzi.

Misiunile de studiu al radiației fundalului cosmic

NASA a lansat două misiuni pentru a studia radiația cosmică de fundal, luând “poze din copilăria” Universului la numai 400.000 de ani de la naștere. Prima dintre acestea a fost Cosmic Background Explorer (COBE). În 1992, echipa COBE a anunțat că au cartografiat punctele primare calde și reci în radiația cosmică de fond. Aceste pete sunt legate de câmpul gravitațional din universul timpuriu și formează germenii clusterelor gigantice de galaxii care se întind pe sute de milioane de ani lumină în Univers. Cu acest proiect dr. John C. Mather de la NASA și George F. Smoot de la Universitatea din California au câștigat premiul Nobel pentru fizică în 2006.

Cea de-a doua misiune de a examina radiația cosmică de fundal a fost sonda Wilkinson Microware Anisotropy (WMAP). Cu o rezoluție mult îmbunătățită în comparație cu COBE, WMAP a studiat întregul cer, măsurând diferențele de temperatură ale radiației cu microunde, distribuite uniform pe întregul Univers. Imaginea prezintă o hartă a cerului, cu regiuni fierbinți în regiunile roșii și mai reci în albastru. Prin combinarea acestor dovezi cu modelele teoretice ale Universului, oamenii de știință au ajuns la concluzia că Universul este “plat”, ceea ce înseamnă că, la scară cosmologică, geometria spațiului se conformează regulilor geometriei euclideene (de exemplu, liniile paralele nu se întâlnesc niciodată, raportul circumferinței cercului la diametru este pi, etc).

A treia misiune, Planck, condusă de Agenția Spațială Europeană cu participare semnificativă din partea NASA, a fost lansată în 2009. Planck face încă hărțile cele mai exacte ale radiațiilor de fundal cu microunde. Cu ajutorul instrumentelor sensibile la variații de temperatură de câteva milioane de grade și prin maparea întregului cer peste 9 benzi de lungime de undă, aceasta măsoară fluctuațiile temperaturii CMB cu o precizie stabilită de limitele astrofizice fundamentale.

Inflația

O problemă care a rezultat din studiile COBE inițiale și care persistă și cu datele WMAP de înaltă rezoluție a fost că Universul era prea omogen. Cum ar putea bucăți ale Universului care nu au fost niciodată în contact între ele să ajungă la echilibru la aceeași temperatură? Aceasta și alte probleme cosmologice ar putea fi explicate, totuși, dacă ar fi existat o perioadă foarte scurtă imediat după Big Bang-ul în care Universul a cunoscut o explozie incredibilă de expansiune numită “inflație”. Pentru ca această inflație să fi avut loc, Universul în timpul Big Bang-ului trebuie să fi fost umplut o formă instabilă de energie a cărei natură nu este încă cunoscută. Oricare ar fi natura sa, modelul inflaționist prezice că această energie primordială ar fi fost distribuită inegal în spațiu datorită unui tip de zgomot cuantic care a apărut atunci când universul era extrem de mic. Conform acestu model materia Universului ar fi fost astfel împrăștiată și așa ar fi apărut fotonii care au început să se deplaseze liber în momentul recombinării. Ca rezultat, ne-am aștepta să vedem, și vedem, acest tip de model în imaginile COBE și WMAP ale Universului.

Dar toate acestea lasă întrebarea fără răspuns legată de ce a produs inflația. O dificultate în a răspunde la această întrebare este că inflația a fost finalizată cu mult înainte de recombinare, astfel încât opacitatea Universului înainte de recombinare este, de fapt, o perdea trasă asupra acelor evenimente interesante foarte timpurii. Din fericire, există o modalitate de a observa Universul care nu implică deloc fotonii. Undele gravitaționale, singura formă cunoscută de informații care pot ajunge la noi nedenaturate din momentul Big Bang-ului, pot aduce informații pe care nu le putem obține altfel niciodată.

Energia întunecată

În anii care au urmat după Hubble și COBE, imaginea Big Bang-ului a devenit din ce în ce mai clară. Dar în 1996, observațiile unor supernove foarte îndepărtate au necesitat o schimbare dramatică a imaginii. Se presupunea întotdeauna că materia universului ar încetini ritmul de expansiune. Masa creează gravitație, gravitația creează atracția, atracția trebuie să încetinească expansiunea. Dar observațiile supernovelor au arătat că expansiunea Universului, mai degrabă decât să încetinească, se accelerează. Ceva, nu asemănător materiei și nici energiei obișnuite, împinge galaxiile spre exterior. Acest “lucru” a fost numit energie întunecată, dar dacă îi dai un nume nu înseamnă că o și înțelegi. Dacă energia întunecată este un tip de fluid dinamic, până acum necunoscut fizicii sau dacă este o proprietate a vidului spațiului gol, sau dacă este vorba despre o anumită modificare a relativității generale, nu se știe încă.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.