Δευτέρα, 23 Σεπτεμβρίου 2013

Μοιάζει το σύμπαν με σαμάρι; Is the universe saddle shaped?

Η πάνω εικόνα δείχνει τον πλήρη χάρτη του ουρανού όπως τον είδε το Planck – οι αποκλίσεις στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου σε μεγάλες κλίμακες είναι πιο έντονες στην δεξιά πλευρά του ουρανού. Anomalous universe: CMB temperature fluctuations as seen by Planck. Η κάτω εικόνα απεικονίζει την εξέλιξη ενός ανοικτού σύμπαντος σύμφωνα με τους Liddle και Cortês.

Ένα από τα ανοιχτά προβλήματα της κοσμολογίας  είναι η γεωμετρία του Σύμπαντος, και συγκεκριμένα εάν είναι επίπεδο, ή εάν έχει θετική ή αρνητική κυρτότητα. Συνδεδεμένο με το παραπάνω ερώτημα είναι και το σχήμα που θα έχει το Σύμπαν: επίπεδο όπου θα ισχύει το Πυθαγόρειο θεώρημα, κλειστό όπως μία σφαίρα, ή ανοικτό όπως ένα υπερβολοειδές.

This illustration shows how patterns of temperature fluctuations can hint at whether the geometry of the universe has an "open" curve, like a saddle; a "closed" curve, like a ball; or a non-curved, "flat" geometry. Researchers say the results from NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe and the European Space Agency's Planck probe suggest the universe has an open curve.

Αν και οι παρατηρήσεις συγκλίνουν προς ένα επίπεδο Σύμπαν, υπάρχει ένα μικρό περιθώριο και για τις άλλες δύο εκδοχές. Με βάση νέες έρευνες και αναπάντεχα ευρήματα, υπάρχουν ενδείξεις πως ίσως το σύμπαν να είναι αρνητικά κυρτωμένο, έχοντας σχήμα ενός υπερβολοειδούς που μοιάζει με σαμάρι.

This graphic highlights anomalies seen in the Planck data. One anomaly is an asymmetry in the average temperatures on opposite hemispheres of the sky (indicated by the curved line), with slightly higher average temperatures in the southern ecliptic hemisphere and slightly lower average temperatures in the northern ecliptic hemisphere. This runs counter to the mainstream view that the universe should be broadly similar in any direction we look. There is also a cold spot that extends over a patch of sky that is much larger than expected (circled). In this image, the anomalous regions have been enhanced with red and blue shading to make them more clearly visible.

Ερευνώντας την ακτινοβολία-απόηχο της Μεγάλης Έκρηξης, το Κοσμικό Μικροκυματικό Υπόβαθρο (Cosmic Microwave Background), η αμερικανική διαστημική αποστολή WMAP είχε επισημάνει το 2004 ένα αξιοσημείωτο γεγονός: υπήρχε διαφορά στις διακυμάνσεις της ακτινοβολίας αυτής στο βόρειο με το νότιο ημισφαίριου του ουρανού.

Κάτι τέτοιο ήταν τελείως αντίθετο με τις προβλέψεις, καθώς θεωρούμε, αν και δε γνωρίζουμε το λόγο, πως το Σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο, δηλαδή φαίνεται το ίδιο σε όποια κατεύθυνση και αν κοιτάξουμε.

Πέραν όμως αυτής της ομογένειας, υπάρχουν τοπικές μικρές διακυμάνσεις, στις οποίες και οφείλουμε την ύπαρξη μας: καθώς το Σύμπαν εξελισσόταν και διαστελλόταν σχηματίζονταν περιοχές που τοπικά επέτρεπαν τη δημιουργία δομών όπως οι γαλαξίες και μετέπειτα τα άστρα και οι πλανήτες.

Αυτές οι διακυμάνσεις ήταν και στο στόχαστρο της μελέτης του WMAP, το οποίο όμως είχε μετρήσει μια διαφορά της τάξης του 10% στις διακυμάνσεις της ακτινοβολίας υποβάθρου ανάμεσα στα δύο ημισφαίρια του ουρανού.

Οι επιστήμονες χρειάστηκε να περιμένουν 10 περίπου χρόνια, μέχρι και την ευρωπαϊκή διαστημική αποστολή Planck, η οποία με βελτιωμένη ακρίβεια επιβεβαίωσε το παράδοξο εύρημα του WMAP.

«Φαίνεται να υπάρχει μια προτιμώμενη κατεύθυνση στο Σύμπαν» δήλωσε σχετικά ο Andrew Liddle, φυσικός του πανεπιστημίου του Εδιμβούργου. «Ενώ μπορεί να είναι μια στατιστική φάρσα, ίσως τελικά συμβαίνει κάτι βαθύτερο».

Μια εναλλακτική εξωτική εκδοχή σύμφωνα με άλλους επιστήμονες, είναι πως για αυτή την ανωμαλία ίσως να ευθύνεται η σύγκρουση του Σύμπαντός μας με κάποιο άλλο, λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

In a saddle-shaped universe, the universe does not close on itself.  Depicted is a triangle laid on the surface of the universe.  The curvature of the universe causes the interior angles of the triangle to have a sum of less than 180 degrees.

Ωστόσο o  Liddle και η φυσικός Marina Cortes του πανεπιστημίου Berkeley, εξέδωσαν μια εργασία σύμφωνα με την οποία το Σύμπαν έχει τελικά ανοικτή γεωμετρία (αρνητική κυρτότητα) και δεν είναι επίπεδο όπως φαίνεται. Σε έναν τέτοιο κόσμο, τα πάντα, ακόμη και το φως ακολουθούν κυρτές γραμμές.

Σύμφωνα με τους δύο επιστήμονες ο κόσμος μας είναι σα μία φούσκα μέσα σε ένα μεγαλύτερο μετα-Σύμπαν. Κατά τη διάρκεια της γέννησης αυτής της φούσκας, ίσως σχηματίστηκαν διακυμάνσεις στις παρυφές της φούσκας και σε πολύ μεγάλες κλίμακες, εξηγώντας τα ευρήματα των WMAP και Planck. Πολύ πιθανό είναι επίσης να υπάρχουν και άλλες φούσκες-Σύμπαντα, αλλά η επικοινωνία μεταξύ τους είναι αδύνατη. 

Οι δύο ερευνητές παραδέχονται πως για την ώρα, η εκδοχή τους είναι απλά μια εικασία. Ωστόσο περισσότερα δεδομένα από το Planck αλλά και τη μελλοντική ευρωπαϊκή αποστολή Euclid θα μπορούσαν να κάνουν τους απαραίτητους ελέγχους στο μοντέλο τους. Για την ώρα, η σαφής απάντηση για το σχήμα που έχει το Σύμπαν, παραμένει ένα μυστήριο.