Přelom: Vědci zaslechli ozvěnu Velkého třesku. Nobelovka je nemine!

Dneska už běžně přijímáme Velký třesk jako událost, která dala vzniknout vesmíru. Ale teprve v roce 1994 sonda COBE poprvé změřila mikrovlnné reliktní záření, které je dodnes pozorovatelnou ozvěnou Velkého třesku. O dvacet let později dostáváme první přímé potvrzení toho, že vesmír prošel tzv. inflační fází.

Rychlá inflační fáze následovala jen zlomek okamžiku poté, co vesmír začal existovat a je zodpovědná za to, jaký jej dneska vidíme. Bez ní bychom viděli vesmír zakřivený a značně heterogenní, čili s nerovnoměrně rozloženou hmotou. To je v přímém rozporu s tím, co pozorujeme, tedy s vesmírem plochým a homogenním. Právě tento rozpor byl teoreticky vysvětlen existencí inflační fáze, která malý mladý vesmír nafoukla na 1078 násobek jeho objemu (násobek je tak obrovský, že pro něj neexistuje matematická předpona) v triliontině vtěřiny. Trik je v tom, že až do dnešních dnů se jednalo jen o teorii, kterou v roce 1979 představil fyzik Alan Guth. Vědci z experimentu BICEP2 na Jižním pólu poprvé ukázali, že inflace není jen teorie. Zachytili totiž signál z této fáze historie vesmíru, který mimo jiné nese stopy gravitačních vln a tedy sjednocení teorie relativity a kvantové fyziky.

Malý dalekohled s obřím významem

BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization – Zobrazování pozadí vesmírné extragalaktické polarizace) je malý dalekohled o průměru 26 centimetrů umístěný na Amundsenově stanici na Jižním pólu, pozorující oblohu na frekvenci 150 GHz. Dalekohled se zaměřuje na pozorování reliktního záření. Konkrétně pozoruje, jak je reliktní záření polarizováno, a specializuje se na jednotlivé elementy polarizace. Právě polarizace reliktního záření nese tolik cenné informace o Velkém třesku.

Celý trik je v tom, že reliktní záření nám pomocí rozdílných teplot umí říct, kde byl vesmír hustší a kde naopak hmota na začátku chyběla. Navíc se chová jako obyčejné světlo, takže můžeme pozorovat polarizaci. Co to znamená? Pokud jste někdy měli v ruce polarizační filtr na fotoaparát nebo vlastníte polarizační brýle, určitě už tušíte. Pokud se na svět díváte skrz polarizační filtr, část světla není propouštěna. Světlo se polarizuje třeba odrazem od vodní hladiny, takže s polarizačními brýlemi takové odrazy neuvidíte. A experiment BICEP2 se chová podobně. Reliktní záření se ale neodráželo na vodě, ale na atomech a elektronech. Tým BICEP2 odfiltroval všechno ostatní a sledoval jen světlo polarizované ve velmi specifickém točivém vzoru, v takzvaném B-módu.

Graf zobrazující onen převratný objev. Zdroj BICEP2 collaboration

Proč je točivý B-mód tak důležitý? Když vznikne gravitační vlna, respektive pohybuje-li se prostorem částice gravitace – graviton, stlačuje při své cestě prostorem prostředí a právě ono stlačení produkuje specifické stočení. Vědcům se tak poprvé podařilo pozorovat otisk gravitačních vln. A jak jsou si jistí? Na více než 99,9 %. Potvrzení existence gravitačních vln na prvotní obloze nám říká, že skutečně existuje velmi hluboké spojení mezi kvantovou teorií a relativitou, sen mnohých fyziků, který byl dodnes jen na papíře.

Pokud ke stejnému výsledku dojde i tým z družice Planck, autory studie pravděpodobně nemine Nobelova cena za fyziku.

Jana Poledniková