To Σύμπαν είναι όντως ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις. Scientists confirm the universe has no direction

Επιστήμονες επιβεβαιώνουν για πρώτη φορά τη θεωρία που υποστηρίζει ότι το Σύμπαν είναι ισοτροπικό. Scientists have confirmed that the universe is very likely the same in every direction, showing that the assumption of the universe being isotropic can be safely used in cosmology. Four potential CMB patterns for universes with direction. D. Saadeh et al., Phys. Rev. Lett. (2016)

Οι κοσμολόγοι μπορούν να αναστενάξουν με ανακούφιση: η ακριβέστερη ως σήμερα μελέτη επιβεβαιώνει τη βασική υπόθεση ότι το Σύμπαν διαστέλλεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, χωρίς να περιστρέφεται ή να τεντώνεται.

Ομοιομορφία σε μεγάλες κλίμακες

Scholzs star. Credit: University of Leicester

Αν κοιτάξει κανείς το νυχτερινό ουρανό βλέπει πλανήτες, άστρα, γαλαξίες αλλά και μεγάλες, κενές περιοχές. Αν όμως δει κανείς την ευρύτερη εικόνα, εξετάζοντας το Σύμπαν σε μεγάλες κλίμακες, ο ουρανός φαίνεται ίδιος προς όλες τις κατευθύνσεις.

Για να περιγράψουν αυτήν την ομοιομορφία σε μεγάλες κλίμακες, οι κοσμολόγοι λένε ότι το Σύμπαν είναι «ισοτροπικό» -μια κεντρική υπόθεση στην οποία βασίζονται οι περισσότεροι υπολογισμοί στην Κοσμολογία.

Παρόλα αυτά, κανείς δεν μπορεί να είναι απόλυτα σίγουρος ότι δεν υπάρχει κάποια «ανισοτροπία», δηλαδή κάποια σημαντική μεταβολή στις ιδιότητες του χωροχρόνου σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Κανείς δεν μπορεί επίσης να αποκλείσει την πιθανότητα ολόκληρο το Σύμπαν να περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα, κάτι που επίσης θα καθιστούσε τον χωροχρόνο ανισοτροπικό.

Η νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στην έγκριτη επιθεώρηση Physical Review Letters προσφέρει νέα επίπεδα ακρίβειας, καθώς υπολογίζει ότι η πιθανότητα να μην είναι το Σύμπαν ισοτροπικό είναι μόλις 1 στις 121.000.

Αρχέγονη λάμψη

O ουράνιος χάρτης της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου που δημιουργήθηκε από την ευρωπαϊκή αποστολή Planck. Πηγή: ESA

Για να εξετάσουν το κατά πόσον ο χωροχρόνος έχει αίσθηση της κατεύθυνσης, οι ερευνητές του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου και του Imperial College εξέτασαν τη «μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου», ή CMB, το απόφωτο μιας λάμψης που γέμισε τα πάντα όταν το Σύμπαν έγινε ξαφνικά διαφανές περίπου 360.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Ακόμα και σήμερα, η αμυδρή αυτή λάμψη γεμίζει τον ουρανό στο φάσμα των μικροκυμάτων και δίνει πολύτιμα στοιχεία για την εξέλιξη του Σύμπαντος.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον ακριβέστερο μέχρι σήμερα χάρτη της ακτινοβολίας CMB σε ολόκληρο τον ουρανό, τον οποίο δημιούργησε ο δορυφόρος Planck της ευρωπαϊκής διαστημικής υπηρεσίας ESA. Ο χάρτης καταγράφει την ένταση της ακτινοβολίας σε κάθε σημείο του ουράνιου θόλου, καθώς και την πόλωση της ακτινοβολίας αυτής, η οποία δίνει μια αίσθηση της κατεύθυνσης.

Η ερευνητική ομάδα συνέκρινε το χάρτη με μαθηματικά μοντέλα στα οποία το Σύμπαν είναι ανισοτροπικό. Για παράδειγμα, αν το Σύμπαν τεντώνεται προς μια κατεύθυνση περισσότερο από ό,τι σε άλλες ο χάρτης θα εμφάνιζε μακρόστενες θερμές και ψυχρές κηλίδες. Αν πάλι το Σύμπαν περιστρέφεται γύρω από έναν άξονα, η ακτινοβολία CMB θα εμφάνιζε σπειροειδή σχήματα.

Η θεωρία δικαιώνεται

The CMB sky in the near-isotropic limit is formed from the addition of a standard, stochastic background for the inhomogeneities to a pattern arising from small anisotropic expansion. In this work, for the first time, we constrain all modes of the anisotropic expansion (scalar, vector, regular tensor, irregular tensor). D. Saadeh et al., Phys. Rev. Lett. (2016)

Η σύγκριση της πραγματικότητας με τα μαθηματικά μοντέλα έδειξε ότι ο χάρτης του Planck είναι περισσότερο συμβατός με ένα ισοτροπικό Σύμπαν.

«Βρήκαμε ισχυρές ενδείξεις ότι το Σύμπαν είναι ίδιο προς όλες τις κατευθύνσεις» λέει ο Στίβεν Φίβεϊ του Imperial College.

Πιο ενθουσιώδης εμφανίστηκε η Ντανιέλα Σάαντε του Πανεπιστημιακού Κολεγίου του Λονδίνου, πρώτη συγγραφέας της δημοσίευσης: «Είμαστε πανευτυχείς που η εργασία μας δικαιώνει αυτό που υπέθεταν οι περισσότεροι κοσμολόγοι» είπε. «Για την ώρα, η Κοσμολογία είναι ασφαλής».