Στις 21 Μαρτίου 2013, στα κεντρικά γραφεία του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), κοσμολόγοι της διαστημικής αποστολής Planck έδωσαν στη δημοσιότητα τις πλέον ακριβείς μετρήσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα, παρουσιάζοντας παράλληλα τα αποτελέσματα των σχετικών αναλύσεων.

Σύμφωνα μ’ αυτά, η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας, επιβεβαιώνεται για μια ακόμη φορά. Αυτή η αρχέγονη ακτινοβολία του Σύμπαντος, που αποδεικνύει το υπέρθερμο παρελθόν του και αποτελεί μία από τις θεμελιώδεις παρατηρήσεις πάνω στις οποίες στηρίζεται η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, απελευθερώθηκε περισσότερο από 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 380.000 ετών.

Στην εικόνα διακρίνονται οι μικροσκοπικές θερμοκρασιακές διακυμάνσεις στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, όπως τις κατέγραψε ο δορυφόρος Planck (Copyright ESA and the Planck Collaboration)

Την εποχή εκείνη η θερμοκρασία του Σύμπαντος είχε μειωθεί στους 3.000 Κ και τα ελεύθερα ως τότε ηλεκτρόνια ενώθηκαν με ελαφρείς ατομικούς πυρήνες, σχηματίζοντας ουδέτερο ατομικό υδρογόνο και ήλιο, γεγονός που επέτρεψε για πρώτη φορά στα φωτόνια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας να «αποδεσμευθούν» από την ύλη και να κινηθούν ελεύθερα στο Διάστημα (για τη μετατροπή της θερμοκρασίας από την κλίμακα Κέλβιν στην κλίμακα Κελσίου αφαιρούμε 273,15. Έτσι οι 0 Κ, το απόλυτο μηδέν και η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία, αντιστοιχούν στους -273,15°C).

Η συνεχιζόμενη, όμως, διαστολή του Σύμπαντος «ξεχείλωσε» το μήκος κύματος που τους αντιστοιχούσε, μετατοπίζοντάς το προς το μικροκυματικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, ενώ η θερμοκρασία τους σήμερα έχει μειωθεί στους μόλις 2,7 Κ.

Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου ανιχνεύθηκε για πρώτη φορά το 1965 από τους Arno Penzias και Robert Wilson. Στις αρχές της δεκαετίας του ’90 ο δορυφόρος COBE κατέγραψε για πρώτη φορά μικροσκοπικές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία που της αντιστοιχεί, ενώ τη σκυτάλη στη συνέχεια πήρε ο δορυφόρος WMAP, που βελτίωσε εντυπωσιακά τις πρώτες αυτές μετρήσεις.

Η αποκρυπτογράφηση των «μηνυμάτων» που είναι κωδικοποιημένα μέσα στα δεδομένα που συνέλεξαν οι δύο αυτοί δορυφόροι, επέτρεψε στους κοσμολόγους να προσδιορίσουν τις βασικές παραμέτρους του Σύμπαντος, όπως τον ρυθμό διαστολής, την ηλικία και τη γεωμετρία του, καθώς και τα ποσοστά που αντιστοιχούν στις διαφορετικές μορφές ύλης-ενέργειας που εμπεριέχει, δηλαδή την κλασική ή βαρυονική ύλη, τη σκοτεινή ύλη και τη σκοτεινή ενέργεια, με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια (για περισσότερες πληροφορίες σχετικές με την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου και τη διαστημοσυσκευή WMAP ανατρέξτε στο θέμα Νοεμβρίου 2010 «WMAP: 9 χρόνια παρατηρήσεων»).

Εξοπλισμένη με πολύ πιο ευαίσθητους ανιχνευτές, η διαστημοσυσκευή Planck, που εκτοξεύθηκε το 2009, βελτίωσε τουλάχιστον κατά 3 φορές την ακρίβεια των σχετικών μετρήσεων, γεγονός που επέτρεψε στους επιστήμονες να επιβεβαιώσουν με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης.

Εκτός αυτού, χάρη στην ανάλυση των νέων δεδομένων, φαίνεται να επιβεβαιώνεται και η βασική ιδέα της Πληθωριστικής Θεωρίας, σύμφωνα με την οποία για ένα απειροελάχιστο χρονικό διάστημα σχεδόν αμέσως μετά τη «γέννησή» του, το Σύμπαν διεστάλη με έναν ταχύτατο εκθετικό ρυθμό.

Πολύ περισσότερο, όμως, με τα νέα δεδομένα, επιβεβαιώνονται πλέον και ορισμένες ενδείξεις που είχε ήδη φέρει στο φως το WMAP, η ερμηνεία των οποίων ίσως αναγκάσει τους επιστήμονες να καταφύγουν σε «νέα φυσική», η οποία υπερβαίνει το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας.

Κατ’ αρχάς, η ανάλυση των δεδομένων που συνέλεξε ο Planck, επέτρεψε στους κοσμολόγους να επιβεβαιώσουν ότι η γεωμετρία του Σύμπαντος είναι επίπεδη, αλλά και να υπολογίσουν με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια τη σταθερά Hubble, που καθορίζει τον ρυθμό διαστολής του.

Όπως ανακοινώθηκε, η σταθερά Hubble βρέθηκε ότι είναι λίγο μικρότερη απ’ αυτή που είχε υπολογιστεί με βάση τα δεδομένα του WMAP, και κατά συνέπεια καταδείχθηκε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται με ρυθμό ελάχιστα πιο βραδύ απ’ όσο νομίζαμε προηγουμένως.

Αυτό, όμως, με τη σειρά του σημαίνει ότι η ηλικία του Σύμπαντος είναι μεγαλύτερη κατά 80 εκατομμύρια χρόνια, φτάνοντας στα 13,81 δισεκατομμύρια έτη. Η ανάλυση των νέων δεδομένων δείχνει επίσης ότι η σκοτεινή ενέργεια, που θεωρείται ότι προκαλεί την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, είναι μικρότερη απ’ όσο νομίζαμε μέχρι πρότινος, δηλαδή περίπου στο 69% της συνολικής ύλης και ενέργειας του Σύμπαντος, ενώ η σκοτεινή ύλη είναι κατά σχεδόν ένα πέμπτο μεγαλύτερη, αγγίζοντας το 26,8%.

Λίγο μεγαλύτερη υπολογίστηκε ότι είναι και η βαρυονική ύλη που ενυπάρχει στο Σύμπαν, η οποία φτάνει στο 4,9%.

Όπως, όμως, σημείωσε και ο Γεώργιος Ευσταθίου, διευθυντής του Ινστιτούτου Κοσμολογίας Kavli στο Cambridge, αλλά και ένας απ’ τους κύριους ερευνητές της ομάδας του Planck, τα νέα αυτά δεδομένα επιβεβαιώνουν την ύπαρξη μιας ασυμμετρίας ως προς τις θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, μεταξύ του βόρειου και του νότιου ημισφαιρίου, όπως επίσης και μιας περιοχής του ουρανού με χαμηλή θερμοκρασία, η οποία όμως είναι αρκετά μεγαλύτερη απ’ όσο περίμεναν οι κοσμολόγοι.

Όπως είπε και ο Ευσταθίου, αυτό το ιδιαίτερα παράξενο αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι τα δεδομένα του Planck ίσως να κρύβουν μέσα τους «νέα φυσική», πιθανολογώντας στη συνέχεια ότι το Σύμπαν σε πολύ μεγάλες κλίμακες ίσως να μην είναι εντέλει το ίδιο προς κάθε κατεύθυνση.

Μέχρι στιγμής, η επιστημονική ομάδα του Planck έχει αναλύσει τα δεδομένα των πρώτων 15,5 μηνών από την εκτόξευση του δορυφόρου και υπολογίζει ότι θα ολοκληρώσει την ανάλυση των υπολοίπων τους πρώτους μήνες του 2014, κάτι που αναμένεται με ιδιαίτερο ενδιαφέρον από τη διεθνή επιστημονική κοινότητα.

Γιατί, εκτός από την προσπάθεια να ερμηνευθούν αυτά τα τελευταία «παράδοξα» αποτελέσματα, θα επιτρέψει ενδεχομένως και την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικών με την ύπαρξη αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων.

Εάν οι επιστήμονες του Planck καταφέρουν να εντοπίσουν, στα τελευταία δεδομένα του δορυφόρου, τα «ίχνη» που άφησαν αυτές οι φευγαλέες διακυμάνσεις στην υφή του χωροχρόνου, την ύπαρξη των οποίων είχε προβλέψει ο Αϊνστάιν σχεδόν έναν αιώνα νωρίτερα, το γεγονός αυτό θα αποτελέσει μία ακόμη πανηγυρική επιβεβαίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Πολύ περισσότερο, όμως, θα δώσει για πρώτη φορά τη δυνατότητα στους αστρονόμους να «ταξιδέψουν» πιο πίσω στον χρόνο από ποτέ, συλλέγοντας παρατηρησιακά δεδομένα από μια αρχέγονη εποχή, κατά την οποία το ίδιο το Σύμπαν ήταν από τη φύση του αδιαφανές στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Με άλλα λόγια, μία εποχή, στην οποία αδυνατούν να «διεισδύσουν» τα επίγεια και διαστημικά μας τηλεσκόπια. Εάν αυτό επιτευχθεί, η εποχή της αστρονομίας των βαρυτικών κυμάτων θα έχει ανατείλει, γεγονός που θα επιτρέψει στους αστρονόμους να «δουν» το Σύμπαν με άλλα «μάτια» και να συλλέξουν έτσι πληροφορίες, οι οποίες δεν μεταδίδονται με τη μορφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

π