O krok od zrozumienia Wielkiego Wybuchu?

W naszej wiedzy o Wszechświecie jako całości już niebawem może nastąpić prawdziwa rewolucja. To bowiem, czego jeszcze nie wiemy, jest w dużej mierze określone, a potencjał technologiczny pozwalający na ułożenie kilku nowych elementów kosmicznej układanki ciągle rośnie. Być może potrzebny jest tylko zespół wyjątkowo zdolnych badaczy? Jeśli tak, to mogą być nimi naukowcy z nowo powstałego projektu "Centre for the Universe" (ang. Centrum Wszechświata), otwartego w kanadyjskim Perimeter Institute.

Celem projektu, który szerzej opisuje portal Astronomy.com, jest badanie aspektów współczesnej astrofizyki. Chodzi między innymi o ciemną materię i energię, czarne dziury, oraz to, co działo się w czasie Wielkiego Wybuchu. Całość badań ma być nadzorowana przez doktora Neila Turoka. Bezpośrednio będą w nich wykorzystane dane pochodzące z najbardziej zaawansowanych technologicznie obserwatoriów i teleskopów.

Jednak Centre for the Universe to coś więcej niż tylko najnowsze dane i efektywna współpraca wykwalifikowanych badaczy. To przede wszystkim technologia, która zostanie wykorzysta do zbadania tajemnic wszechświata, jest niezwykła, i to na dwa różne sposoby.

Po pierwsze - wykorzystane zostaną najsilniejsze i najgłębiej patrzące w Kosmos instrumenty w historii ludzkości. "Centrum Wszechświata" ma zamiar ściśle współpracować z nadchodzącymi dopiero technologiami, takimi jak teleskop HIRAX (Hydrogen Intensity and Real-Time Analysis eXperiment) czy interferometr radiowy SKA (Square Kilometer Array). Zapewnią one szerszy zakres i wyższą rozdzielczość danych niż jakiekolwiek wcześniejsze instrumenty.

HIRAX będzie się składał z około tysiąca anten, które spojrzą wstecz w czasie i pozwolą nam widzieć Wszechświat takim, jakim był zaledwie kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu. SKA z kolei nie tylko lepiej niż kiedykolwiek dotąd przyjrzy się niebu południowemu (sieć anten powstaje bowiem w Australii i Afryce), ale i będzie docelowo wyposażona w jeden z najpotężniejszych obliczeniowych systemów komputerowych, jaki kiedykolwiek zaprojektowano. Pozwoli to precyzyjnie mierzyć i analizować najdrobniejsze szczegóły na niebie, które mogą mieć duże znaczenie w badaniach kosmologicznych.

Wyjątkowe będzie także wykorzystane w projekcie oprogramowanie. Centrum współpracuje z kanadyjskim eksperymentem CHIME (mającym na celu mapowanie natężenia wodoru w Kosmosie), który bazuje na oprogramowaniu napisanym od podstaw, przez kosmologów i dla kosmologów. Oprogramowanie to jest w stanie przetwarzyć 13 terabitów danych na sekundę, co odpowiada mniej więcej przetwarzaniu i transmisji danych używanych przez wszystkie telefony komórkowe na Ziemi - jednocześnie i razem wzięte.

Zdjęcie: instrumenty wchodzące w skład CHIME - Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, konstruowane obecnie w Kolumbii Brytyjskiej w Kanadzie.
Źródło: The CHIME collaboration, Mateus A. Fandiño

Sam Neil Turok jest jednym z czołowych kosmologów na świecie. Niektóre z jego najbardziej znaczących dokonań obejmują opis narodzin wszechświatów inflacyjnych, opracowany we współpracy ze Stephenem Hawkingiem. Ostatnio matematycznie obalił także popularną hipotezę wysuniętą przez Hawkinga i innych kosmologów, w której inflacyjny wszechświat może powstawać z niczego. Obecnie fizyk koncentruje się na badaniach bardzo wczesnego Wszechświata oraz na tym, jak można go lepiej zrozumieć na drodze obserwacyjnej. Jego przewidywania dotyczące związku między polaryzacją a temperaturą kosmicznego promieniowania tła zostały ostatnio potwierdzone obserwacyjnie, co przybliżyło nas o krok do zrozumienia tajemnicy narodzin Kosmosu. Turok, zapytany wprost o główny cel powołania projektu Centre for the Universe, przyznaje, że dla niego jest nim pełne zrozumienie Wielkiego Wybuchu.

Czy jest to jednak w ogóle możliwe? Dotychczas ten burzliwy początek Wszechświata wiązał się z dwiema absolutnie skrajnymi teoriami fizycznymi: Teorią Grawitacji (OTW) i mechaniką kwantową. Problem w tym, że w skrajnych warunkach wczesnego Wszechświata przewidywania dawane przez obie te teorie nie zgadzają się ze sobą. Jedna z nich działa bardzo dobrze w skali galaktyk i gwiazd, a druga w skali mikroskopowej - przy czym obie razem "nie pracują" najlepiej przy opisie kosmicznej osobliwości. Jest to dość poważny, a zarazem fascynujący aspekt współczesnej fizyki teoretycznej. W obu teoriach zaszły jednak w ostatnich latach spore postępy, a według Turoka nadszedł już czas, by je w końcu połączyć w nową, bardziej kompleksową teorię Wszechświata.


Czytaj więcej:

Źródło: Astronomy.com

Zdjęcie: kilonowa z 17 sierpnia 2017 roku. Połączenie się dwóch masywnych gwiazd neutronowych zrewolucjonizowało wówczas astronomię fal grawitacyjnych. Źródło:
NASA and ESA. Acknowledgment: A.J. Levan (U. Warwick), N.R. Tanvir (U. Leicester), and A. Fruchter and O. Fox (STScI)