Celým vesmírem prostupuje mikrovlnné záření, které vzniklo krátce po velkém třesku. Astronomové ho používají jako prostředek k výzkumu prvních okamžiků kosmu. Vědci pracující s daty z observatoře BICEP2 na střeše polární stanice Amundsen-Scott na jižním pólu nyní zveřejnili pozoruhodné výsledky svého přístroje.
Článek, pod nímž je jako korespondující autor podepsán Reuben Ogburn ze Stanfordovy univerzity, ještě nebyl oficiálně přijat k otištění ve vědeckém časopise. Protože je však mimořádně zajímavý, vyvěsili ho vědci na web ještě v předstihu. Tvrdí, že se jim pomocí arktické observatoře podařilo v kosmickém mikrovlnném záření najít pozůstatky po gravitačních vlnách, které zbyly po velkém třesku. Pokud se jejich objev potvrdí, mohl by mít dalekosáhlé důsledky pro lidské vědomosti o přírodě.
Gravitační vlny předpověděl Albert Einstein před téměř sto lety, když představil svou obecnou teorii relativity. Ta zachází s gravitací jako s geometrickou vlastností prostoru, respektive jeho kombinace s časem, časoprostoru.
Přítomnost hmoty časoprostor zakřivuje. Za určitých okolností se může zakřivovat periodicky. Vzniknou vlny, podobné třeba vlnám na vodní hladině, zvuku, nebo vlnám elektromagnetickým. Fyzikové se snažili gravitační vlny najít většinu minulého století. Nijak zvlášť se jim to nedařilo.
Velký zvrat
Museli se omezit na nepřímé důkazy, podobné pozorování pulsaru jménem PSR B1913+16 z roku 1973. Tento objekt je dvojice navzájem obíhajících neutronových hvězd, jejichž doba oběhu se každý rok zpomaluje o 0,0765 milisekundy. Astronomové si myslí, že ke zkracování dochází, poněvadž neutronové hvězdy vyzařují gravitační vlny a ztrácejí tak energii. Skupina Reubena Ogburna zkoumala gravitační vlny jiným způsobem. Hledali vlny, které zůstaly období inflace.
Byl to okamžik, který trval od doby přibližně 10−36 do 10−32 sekundy po velkém třesku. Rozpínání vesmíru se během něj na krátkou dobu uspíšilo natolik, že bylo rychlejší než světlo. Gravitační vlny, které se tehdy vesmírem šířily, se otiskly do kosmického mikrovlnného záření.
Gravitační i světelné vlny mají totiž vlastnost označovanou jako polarizace. Zjednodušeně jde o směr kmitání. Fyzikální teorie předpovídá, že by se působení gravitačních vln v období inflace mělo otisknout v polarizaci reliktního záření. Tento otisk označují kosmologové jako B-mód.
Páčidlo místo jehly
Antéma polární observatoře takový signál zachytila. "Že jsme to opravdu našli, je úžasné," prohlásil jeden z vědců, Clement Pryke z Minnesotské univerzity. "Já sám jsem nevěřil, že se to povede." Vědci analyzovali data tři roky. Signál, který v nich objevili, je dokonce silnější, než předpokládali. "Je to hledat jehlu v kupce sena a místo ní nají páčidlo," komentoval objev Pryke. Objev by mohla potvrdit ještě data z družice Planck.
Ta rovněž sleduje kosmické pozadí. První část dat z ní vědci zveřejnili vloni na jaře. Na zbytek všichni astronomové teprve čekají. Objev stop gravitačních vln v kosmickém záření by mohl mít dalekosáhlý význam. Předně potvrzuje existenci samotného období inflace. Vedle něj se z něj ale o vesmíru dozvíme i další věci.
Velké sjednocení
Kosmologové soudí, že se gravitační vlny v období inflace prodíraly žhavou polévkou elementárních částic, jejichž energie se pohybovala okolo 1016 gigaelektronvoltů .To je víc, než bude schopen zvládnout jakýkoliv urychlovač částic, který lidé v dohledné době postaví. Nejvýkonnější urychlovač světa, LHC, zvládá energii jen okolo 14000 gigalektronvoltů.
V současném vesmíru existují tři základní síly, jimiž na sebe hmotné objekty působí: gravitace, elektromagnetická síla, a slabá a silná jaderná síla.
Před obdobím inflace byla poslední tři jmenovaná působení sloučena v jedno. Podle jednoho z možných scénářů mohlo zrychlené rozpínání vesmíru začít, když se od tohoto superpůsobení oddělila silná jaderná síla. Nové pozorování naznačuje, že by tento scénář mohl být správný. Signál by mohl rovněž naznačovat existenci kvantové gravitace.
Naše současné chápání gravitace je založené na obecné teorii relativity. Ta je však neslučitelná s kvantovou teorií, jež popisuje chování elementárních částic. Kvantová teorie líčí vesmír rozkouskovaný do malých, dále nedělitelných, balíčků. Teorie relativity ho naopak chápe jako spojitý. Kdyby ale gravitace po velkém třesku neexistovala v balíčcích podobně jako ostatní síly, nemohly by se gravitační vlny do reliktního záření otisknout.
