عاجل| رؤية الانفجار العظيم "الحقيقي"

أطلق الحقبة الأولى والأكثر أهمية في تاريخ الكون فيضانًا من موجات الجاذبية ، وتموجات صغيرة في نسيج الزمكان. 

الآن، يُظهر بحث جديد كيف يمكن للاكتشافات المستقبلية لهذه الموجات الثقالية البدائية أن تكشف عن الأعمال الداخلية لعملية تسمى إعادة التسخين ، والتي قد تكون أصل الانفجار الكبير "الحقيقي".

علماء الفلك ليسوا متأكدين تمامًا مما حدث عندما كان عمر الكون أقل من ثانية، لكنهم يعرفون أنه كان شيئًا مليئًا بالأحداث.

كشفت الملاحظات الكونية أن الكون شديد السلاسة والموحد للغاية على أكبر المقاييس نظرًا للصورة القياسية للانفجار العظيم والعمر المعروف للكون.

المناطق البعيدة من الكون لها نفس درجة الحرارة تقريبًا على الرغم من فصلها ببلايين السنين الضوئية. لم يكن هناك ما يكفي من الوقت في تاريخ الكون لتبادل الحرارة بين تلك المناطق.

لتفسير هذه الملاحظات، يعتقد علماء الكون أنه في مرحلة ما منذ فترة طويلة، كانت تلك المناطق البعيدة من الكون أقرب بكثير من بعضها البعض، مما سمح لها بالوصول إلى درجة حرارة مشتركة قبل أن تنفصل عن بعضها، للقيام بعمل "الانفصال"، وضع علماء الكونيات نظرية لحدث يعرف باسم التضخم. 

قبل التضخم، كان الكون صغيرًا جدًا، وكانت درجات الحرارة والكثافة متساوية، ولكن حدث التضخم بعد ذلك، فأرسل كل شيء بعيدًا عن كل شيء آخر في فترة زمنية وجيزة جدًا، موضحًا لماذا تبدو البقع البعيدة جدًا في الكون متشابهة إلى حد كبير.

حدث التضخم قبل أن يبلغ عمر الكون ثانية واحدة، واستمر الحدث أقل من جزء من المليار من المليار من المليار من الثانية.

ولكن في ذلك الوقت القصير للغاية، أصبح الكون أكبر مما كان عليه من قبل.

لقد رأى علماء الفلك أدلة على التضخم في نمط معين من الضوء لوحظ في الخلفية الكونية الميكروية، وهو الإشعاع المتبقي منذ أن كان عمر الكون 380 ألف سنة فقط.

ولكن بعد ذلك، فإن علماء الفلك ليسوا متأكدين مما تسبب في حدوث التضخم، وما الذي جعله يعمل وما الذي جعله يتوقف.

القليل من الحرارة

أحد أكبر الألغاز في علم الكونيات الحديث هو ما حدث في نهاية الحقبة التضخمية. كما ترى ، فإن عملية التضخم "مهما كانت" جيدة حقًا في تمهيد الأمور، وجعل الأشياء كبيرة وتقشعر لها الأبدان.

لذلك، بعد فترة وجيزة من انتهاء التضخم، كان الكون كبيرًا وباردًا وفارغًا - وهي بالتأكيد ليست الظروف التي نلاحظها في الكون المبكر. 

بدلا من ذلك، بعد فترة وجيزة من التضخم، امتلأ الكون بحساء حار ومسعور من الجسيمات.

ويعتقد علماء الكونيات أنه لتحقيق ذلك، فإن أيًا كان الدافع وراء التضخم يتلاشى، ويطلق الطاقة ويعيد تسخين الكون "الذي أصبح الآن أكبر بكثير" بفيض من الجسيمات التي نعرفها ونحبها اليوم.

سيكون من العدل تمامًا اعتبار عملية إعادة التسخين هذه بمثابة الانفجار الكبير "الحقيقي" - الآلية التي أصبح الكون المتسع من خلالها ممتلئًا بالجسيمات والإشعاع.

إن مراقبة عملية إعادة التسخين هذه، والتضخم نفسه، أمر صعب للغاية. ذلك لأنه عندما كان عمر الكون أصغر من 380 ألف سنة ، كان بلازما ومعتمًا، نحن ببساطة لا نستطيع رؤية الماضي أكثر من ذلك - على الأقل ليس بالضوء.

الشعور بتحرك الأرض

لكن عمليات التضخم وإعادة التسخين لم تغمر الكون بالطاقة والإشعاع فحسب ؛ كما أطلقوا كميات هائلة من موجات الجاذبية، موجات الجاذبية هي تموجات في نسيج الزمكان الذي ينتقل بسرعة الضوء.

وفي الوقت الحالي، تغرقك موجات الجاذبية من مجموعة متنوعة من المصادر، بما في ذلك دمج الثقوب السوداء والمستعرات الأعظمية وجميع أنواع الظواهر الأخرى عالية الطاقة وعالية الكثافة في الكون.

كما تغسلك الآن موجات الجاذبية المتخلفة عن التضخم وإعادة التسخين.

ولدت هذه العمليات الكثير من الطاقة التي كانت قادرة على هز الزمكان نفسه، وتلك الموجات الثقالية - التي تسمى موجات الجاذبية "البدائية" - لا تزال تموج عبر الكون اليوم.

لسنوات عديدة، كان علماء الكونيات يحققون في إشارات الموجات الثقالية المحتملة الصادرة عن التضخم. لكن بحثًا جديدًا ، نُشر مؤخرًا في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة arXiv ، بحث عن كثب في عملية إعادة التسخين في نهاية التضخم. وجد الباحثون أن نماذج مختلفة من إعادة التسخين أدت إلى إشارات مميزة للغاية ويمكن اكتشافها في موجات الجاذبية البدائية.

على سبيل المثال ، لا نعرف ما إذا كانت إعادة التسخين بطيئة ولطيفة أم بشكل مفاجئ.

ويؤدي هذان السيناريوهان الافتراضيان إلى توقيعات مختلفة جدًا لموجات الجاذبية.

هذه الموجات الثقالية البدائية منخفضة التردد للغاية بحيث لا يمكن ملاحظتها مع أجهزة الكشف الحالية لدينا ، مثل مرصد مقياس التداخل الليزري لموجات الجاذبية في الولايات المتحدة ومقياس التداخل في برج العذراء في أوروبا. لكن المراصد الفضائية المستقبلية ، مثل هوائي الفضاء لمقياس التداخل الليزري المقترح من وكالة الفضاء الأوروبية و Big Bang Observer ، سيتم تصميمها خصيصًا للبحث عن موجات الجاذبية البدائية. 

إن رؤية موجات الجاذبية البدائية هذه مباشرة ستوفر دليلاً قاطعًا على عملية التضخم وتساعدنا على فهم الفيزياء التي تدخل فيها. ووفقًا للعمل الجديد ، سنحصل أيضًا على تلميحات حول إعادة التسخين ونهاية التضخم والفيزياء التفصيلية التي أدت إلى نشوء الكون كما نعرفه اليوم.