Kosmologia

kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) yllättävät kuumat pisteet ovat voineet syntyä mustien aukkojen haihduttua ennen alkuräjähdystä. Näin sanoo matemaattisen fyysikon Roger Penrosen johtama tutkijakolmikko tutkielmassaan, jossa esitetään uusia todisteita siitä, että maailmankaikkeus on vain yksi vaihe kosmisen sukupuuton ja uudestisyntymisen mahdollisesti äärettömässä kiertokulussa. Toiset tutkijat ovat kuitenkin edelleen epäileväisiä sen suhteen, sisältääkö mikroaaltotausta todella merkkejä aiemmasta “aeonista”.

standardikosmologian mukaan maailmankaikkeudessa tapahtui hyvin lyhyt mutta poikkeuksellisen voimakas laajeneminen heti alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä “inflaation” kausi olisi tasoittanut kaikki alkuaikojen kaikkeuden rakenteessa esiintyvät epäsäännöllisyydet ja johtanut siihen hyvin yhtenäiseen kosmokseen, jonka havaitsemme ympärillämme.

Oxfordin yliopistossa toimiva Penrose on kuitenkin kehittänyt Kilpailevan teorian, joka tunnetaan nimellä “conformal cyclic cosmology” (CCC), jonka mukaan maailmankaikkeus muuttui uniformiseksi ennen alkuräjähdystä eikä sen jälkeen. Ajatuksena on, että maailmankaikkeus kiertyy aeonista toiseen, aloittaen joka kerta äärettömän pienestä ja ultrapehmeästä, ennen kuin se laajenee ja synnyttää ainekimpaleita. Se aine joutuu lopulta supermassiivisten mustien aukkojen imemäksi, jotka hyvin pitkällä aikavälillä katoavat jatkuvasti lähettävällä Hawking-säteilyllä. Tämä prosessi palauttaa yhdenmukaisuuden ja luo näyttämön seuraavalle Alkuräjähdykselle.

massan häviäminen

CCC on kohdannut skeptisyyttä monien kosmologien taholta sen jälkeen, kun se esitettiin vuonna 2005, eikä vähiten siksi, että äärettömän suuren maailmankaikkeuden sovittaminen yhteen yhdessä Aeonissa äärettömän pienen universumin kanssa seuraavassa edellyttää, että kaikki hiukkaset menettävät massansa, kun maailmankaikkeus vanhenee hyvin. Vuonna 2010 Penrose ja Vahe Gurzadyan Jerevanin fysiikan instituutista Armeniasta kuitenkin väittivät löytäneensä todisteita CCC: n tueksi CMB: n sisällä olevien tasaisen lämpötilan renkaiden muodossa. Ajatuksena oli, että nuo renkaat olisivat merkki pallomaisesti säteilevissä gravitaatioaalloissamme,-jotka syntyivät törmätessään mustiin aukkoihin edellisessä aeon: ssa.

pari löysi tällaisia renkaita Nasan Wilkinson Microwave Anisotropy Probe-luotaimen (WMAP) tiedoista ja väitti samalla, että he eivät nähneet tällaista kuviota suorittamissaan CMB-simulaatioissa. Toiset ryhmät kuitenkin väittivät, että simulaatiot todellakin sisälsivät renkaita – kun niitä oli muunneltu ottamaan huomioon kuumien ja kylmien pisteiden jakautuminen eri kulmavaaka-asteilla, jotka näkyvät todellisessa CMB: ssä ja jotka inflatorinen fysiikka ennustaa.

estoitta Penrose on nyt julkaissut toisenlaisen todistusaineiston CCC: n tueksi. Sen sijaan, että renkaat olisivat lähes tasalämpötilaisia, hän on sen sijaan tunnistanut CMB: n sisällä laikkuja, jotka ovat paljon ympäröivää seutua kuumempia. Ajatuksena on, että nämä kuumat pisteet voisivat johtua (pääasiassa sähkömagneettisesta) säteilystä, joka on peräisin edellisen aeon: n Supermassiivisten mustien aukkojen Hawking-haihtumisen aikana.

Hawking points

Penrose sanoo, että vaikka nämä päästöt olivat alun perin hyvin heikkoja, ne olisivat keskittyneet omassa aeonissamme paikkoihin, joissa on valtavasti energiaa, joita hän kollegoineen kutsuu Hawking-pisteiksi. Tämä keskittyminen syntyy, hän selittää, koska “maailmankaikkeus menettää käsityksen siitä, kuinka suuri se on siirtymävaiheessa aeons”. Hawkingin pisteet olisivat tällöin venyneet maailmankaikkeuden alkuaikoina muodostaen pyöreitä laikkuja, joiden halkaisija taivaalla on noin viisi kertaa Kuun läpimitta.

arxiv-palvelimelle hiljattain ladatussa preprintissä Penrose ja kaksi kollegaa – Daniel An SUNY Maritime Collegesta Yhdysvalloista ja Krzysztof Meissner Varsovan yliopistosta Puolasta – raportoivat etsivänsä Euroopan avaruusjärjestön Planck-satelliitin CMB-tietoja erikokoisista kuumista pisteistä ja analysoivansa, kuinka nopeasti mikroaaltolämpötila laskee niiden ympärillä verrattuna 1000 simuloidun CMB-kartan kohtiin. He havaitsivat, että pienissä kohdissa ja niiden ympäristössä yhdessäkään simuloidussa kartassa ei ollut suurempia lämpötilagradientteja kuin todellisessa kosmoksessa – jälkimmäisessä tapauksessa lämpötilan vaihtelut olivat noin suuruusluokkaa suurempia (noin 3×10-4 K) kuin CMB-keskiarvo.

vahva tausta

Penrosen mukaan tämä ero reaalisten ja simuloitujen tietojen välillä antaa vahvan tuen CCC: lle inflaation suhteen. “Suhtaudumme Toki myönteisesti yrityksiin selittää näitä havaintoja tällä hetkellä hyväksyttyjen mallien perusteella”, hän sanoo.”mutta uskomme, että tämä on vaikeaa, ellei tule radikaalisti uusia ideoita”.

maailmankaikkeus saattoi joutua silmukkaan ja luonnollinen ydinreaktori

jotkut muut fyysikot ovat kuitenkin edelleen epäuskottavia. James Zibin kanadalaisesta Brittiläisen Kolumbian yliopistosta huomauttaa, että tiedemiehet ovat tutkineet CMB: tä vuosikausia eivätkä ole löytäneet todisteita erityisen kuumista pisteistä (vaikka he ovat tunnistaneet yhden poikkeavan kylmälaastarin). Hän myös laskee, että Penrose ja kollegat eivät ole ottaneet huomioon “katso muualle” vaikutus, väittäen, että koska he löysivät kuumimmat kohdat todellinen verrattuna simuloitu data vain 2 40 testit (keskittyen erikokoisia paikalla ja CMB raja-alueella joka kerta) mahdollisuudet ovat olleet uhri tilastollinen fluke pudota 1: 1000 niinkin alhainen kuin 1: 50.

Douglas Scott, Zibinin kollega Brittiläisessä Kolumbiassa, on myös epäileväinen. Hän kuvailee paperia “hyvin sekavaksi ja vaikeasti seurattavaksi” ja suhtautuu varauksella siihen, mitä hän pitää mahdollisesti päättymättömänä sarjana yrityksiä löytää CMB: stä epätavallisia piirteitä. “On selvää, että jos joku voisi osoittaa, että jokin tietty kuvio mikroaaltotaivaalla oli todiste siitä, että maailmankaikkeus kävi läpi sarjan syklejä, niin se olisi erittäin jännittävää”, hän sanoo. “Mutta tämä lehti jää hyvin vaille sitä.”