Космическая инфляция могла быть исключена в ранней Вселенной, показывает исследование

Новое исследование показывает, что в космосе есть четкий и недвусмысленный сигнал, который может исключить возможность инфляции.

В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal Letters, утверждается, что этот сигнал, известный как фон космического гравитона (CGB), можно обнаружить, хотя это будет серьезной технической и научной задачей.

«Теория инфляции была разработана для объяснения различных проблем тонкой настройки так называемой модели горячего Большого взрыва», — сказал первый автор статьи доктор Санни Ваньоцци из Кембриджского института космологии Кавли, который сейчас работает в Университете Тренто.

«Это также объясняет происхождение структуры в нашей Вселенной в результате квантовых флуктуаций.

«Однако большая гибкость, демонстрируемая возможными моделями космической инфляции, которые охватывают неограниченный спектр космологических результатов, вызывает опасения, что космическая инфляция не поддается фальсификации, даже если можно исключить отдельные инфляционные модели.

Возможно ли в принципе проверить космическую инфляцию модельно-независимым способом?»

Некоторые ученые выразили обеспокоенность по поводу космической инфляции в 2013 году, когда спутник Planck опубликовал свои первые измерения космического микроволнового фона (CMB), самого старого источника света во Вселенной.

«Когда были объявлены результаты со спутника «Планк», они были представлены как подтверждение космической инфляции», — сказал профессор Ави Леб из Гарвардского университета, соавтор текущей статьи Ваньоцци.

«Однако некоторые из нас утверждали, что результаты могут показывать прямо противоположное».

Наряду с Анной Иджас и Полом Стейнхардтом Леб был одним из тех, кто утверждал, что результаты Планка показали, что инфляция ставит больше загадок, чем решает, и что пришло время рассмотреть новые идеи о происхождении Вселенной, которые, например, могло начаться не со взрыва, а с отскока от ранее сжавшегося космоса.

Карты реликтового излучения, выпущенные Planck, представляют самое раннее время во Вселенной, которое мы можем «видеть», за 100 миллионов лет до образования первых звезд. Мы не можем видеть дальше.

«Фактический край наблюдаемой Вселенной находится на расстоянии, на котором любой сигнал мог пройти со скоростью света за 13,8 миллиарда лет, прошедших с момента рождения Вселенной», — сказал Леб.

«В результате расширения Вселенной этот край в настоящее время находится на расстоянии 46,5 миллиардов световых лет.

Сферический объем внутри этой границы подобен археологическим раскопкам, сосредоточенным на нас: чем глубже мы входим в него, тем более ранний слой космической истории мы раскрываем, вплоть до Большого Взрыва, который представляет собой наш предельный горизонт. Что лежит за горизонтом, неизвестно».

Можно было бы углубиться в истоки Вселенной, изучая почти невесомые частицы, известные как нейтрино, которые являются наиболее распространенными частицами, имеющими массу во Вселенной.

Вселенная позволяет нейтрино свободно путешествовать без рассеяния примерно через секунду после Большого взрыва, когда температура составляла десять миллиардов градусов. «Современная Вселенная должна быть заполнена реликтовыми нейтрино того времени», — сказал Ваноцци.

Однако Ваноцци и Леб говорят, что мы можем пойти еще дальше, проследив гравитоны, частицы, которые опосредуют силу гравитации.

«Вселенная была прозрачна для гравитонов вплоть до самого раннего момента, прослеживаемого известной физикой, до планковского времени: 10 в степени -43 секунды, когда температура была максимально возможной: 10 в степени 32 градуса». — сказал Леб.

«Правильное понимание того, что было до этого, требует предсказательной теории квантовой гравитации, которой у нас нет».

Вагноцци и Леб говорят, что когда Вселенная позволяла гравитонам свободно перемещаться без рассеяния, должен был образоваться реликтовый фон теплового гравитационного излучения с температурой чуть менее одного градуса выше абсолютного нуля: космический фон гравитонов (КГБ).

Однако теория Большого взрыва не допускает существования CGB, поскольку она предполагает, что экспоненциальное расширение новорожденной Вселенной разбавило реликвии, такие как CGB, до такой степени, что их невозможно обнаружить. Это можно превратить в тест: если бы CGB был обнаружен, это явно исключило бы космическую инфляцию, которая не допускает его существования.

Ваньоцци и Леб утверждают, что такой тест возможен, и CGB в принципе может быть обнаружен в будущем. CGB увеличивает бюджет космического излучения, который в противном случае включает микроволновое излучение и фон нейтрино.

Следовательно, это влияет на скорость космического расширения ранней Вселенной на уровне, который может быть обнаружен космологическими зондами следующего поколения, которые могут обеспечить первое косвенное обнаружение CGB.

Однако, чтобы заявить об окончательном обнаружении CGB, «дымящимся пистолетом» будет обнаружение фона высокочастотных гравитационных волн с пиком на частотах около 100 ГГц.

Это было бы очень трудно обнаружить, и это потребовало бы огромного технического прогресса в технологии гиротронов и сверхпроводящих магнитов. Тем не менее, говорят исследователи, этот сигнал может оказаться в пределах досягаемости в будущем.