Kako su nastale tamna tvar i tamna energija? Kako je izgledao rani svemir? Da bi odgovorili na ova pitanja, znanstvenici će morati početi istraživati gravitacijske valove, što je danas već moguće, najavio je ugledni američki fizičar Lawrence Krauss voditelj projekta Origins
Znanstvena istraživanja u posljednjih nekoliko desetljeća rezultirala su standardnim modelom kozmologije prema kojem živimo u ravnom svemiru kojim dominiraju nepoznati oblici tamne energije i tamne tvari (oko 95
posto mase svemira je tamno, a samo pet posto otpada na vidljivu tvar). Iako su svi dostupni kozmološki podaci u skladu s tim modelom, još uvijek nije jasno kako su tamna tvar i tamna energija nastale. Ako to žele otkriti, znanstvenici će morati zaviriti u najranije trenutke nastanka svijeta u Velikom prasku.
Međutim, svemir je u toj ranoj fazi, nekih 380.000 godina nakon Velikog praska, bio vrlo vruć i neproziran za elektromagnetske valove (vidljivo svjetlo, infracrveno zračenje, radiovalove, X zrake i sl.), tako da bi se u istraživanju najranijeg razdoblja znanost trebala osloniti na informacije koje se mogu prikupiti drugim metodama - proučavanje gravitacijskih valova.
Naime, budući da gravitacijski valovi imaju slabu interakciju s materijom, svemir je u ranoj fazi, kao i danas, bio proziran za njih. Oni bi stoga trebali otvoriti novi prozor u svijet rane kozmologije.
U časopisu Science od 21. svibnja, teorijski fizičar Lawrence Krauss s državnog Sveučilišta u Arizoni i istraživači sa Sveučilišta u Chichagu te Nacionalnog laboratorija Fermi predstavili su najučinkovitiju metodu za otkrivanje ovih valova analizom pozadinskog mikrovalnog zračenja (CMB) koje je svojevrsna jeka Velikog praska.
Postojanje gravitacijskih valova najavila je još opća teorija relativnosti koju je Albert Einstein objavio 1916. Prema toj teoriji, masa iskrivljuje prostor, a njezino kretanje u prostoru stvara valove baš kao što čamac svojim kretanjem stvara valove na površini vode, odnosno kao što kretanje naboja stvara elektromagnetske valove. Budući da je sila gravitacije mala, tek kretanje golemih astronomskih objekata poput crnih rupa ili velikih zvijezda može pokrenuti valove dovoljno jake da ih mi možemo otkriti.
'Zamislite da lebdite u svemiru daleko od Zemlje zajedno s dva zrcala koja su međusobno udaljena mnogo kilometara', piše Krauss. 'Kada bi kroz taj prostor prolazili gravitacijski valovi, mi bismo mogli vidjeti kako se udaljenost između dva ogledala ritmički povećava i smanjuje. Širenjem kroz svemir njihova snaga pada, međutim, oni nikada ne nestaju niti ne usporavaju, jer se neometano kreću kroz materiju.' Krauss i njegov tim u svojem članku predstavljaju dva glavna izvora gravitacijskih valova: 1) inflaciju, odnosno eksponencijalno ubrzano širenje svemira neposredno nakon Velikog praska i 2) moguće fazne tranzicije u ranim danima. Danas gravitacijske valove mogu stvoriti sudari crnih rupa ili ples golemih zvijezda jedne oko druge.
Iako je ovo prostorno-vremensko talasanje nevidljivo ljudskim očima, danas već postoje izuzetno osjetljivi detektori i promatračnice poput Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) u Livingstoneu koji tragaju baš za ovakvim valovima. No čak ni oni nisu dovoljno osjetljivi da izravno zabilježe signale primordijalnih gravitacijskih valova. Krauss stoga predlaže da se znanstvenici okrenu istraživanju uzoraka polarizacije na pozadinskom mikrovalnom zračenju. 'Ako su gravitacijski valovi stvoreni inflacijom ili faznom tranzicijom postojali u trenutku kada je nastalo pozadinsko zračenje, oni su morali ostaviti otisak u njemu koji se može otkriti u obliku polarizacije', piše Krauss.
Iako je i taj izazov zahtjevan, fizičar smatra da nam je potrebna tehnologija danas nadohvat ruke, a uvjeren je i da je cilj vrijedan truda. 'Kako ulazimo u drugo desetljeće 21. stoljeća, ulazimo i u novo doba precizne kozmologije, koja bi mogla otvoriti dramatičan novi uvid u rani svemir i fizikalne procese koji su vodili njegov nastanak i razvoj', piše Krauss.
'Satelit Planck Europske svemirske agencije konstruiran je tako da snima pozadinsko mikrovalno zračenje po cijelom nebu s dosad neviđenom osjetljivošću i kutnom rezolucijom te će u naredne tri do četiri godine prikupiti nove informacije o polarizaciji koje će nam dati uvid u gravitacijske valove nastale na samom početku vremena', zaključuje Krauss.
