A Planck-űrszonda csapata kapta a 2018-as kozmológiai Gruber-díjat

2451

2018-ban a Gruber Foundation a Planck-űrszonda csapatának ítélte a 2000-ben alapított, talán legrangosabb kozmológiai díjat.

A díj odaítélését az Alapítvány a következőkkel indokolta:

Az Európai Űrügynökség Planck-űrszondája 2009 és 2013 közötti működése során olyan méretű és minőségű adathalmazt gyűjtött össze, amely sokrétűen tette teljessé a fél évszázaddal korábban indult kozmológiai programot. Mindezt pedig a nagy létszámú nemzetközi Planck Kutatói Együttműködés tette lehetővé.

Az 1960-as évek elején a kozmológia még inkább volt spekulációk sora, mint valódi tudomány. A furcsa és egyedi rádiósugárzás 1964-es véletlen felfedezése azonban elindította a terület átalakulását, hogy az metafizikából igazi fizikává váljon. A Bell Laboratóriumok mikrohullámú átviteli technikák fejlesztésén dolgozó két kutatójának szerencsés detektálása az elméleti előrejelzésekkel összeegyeztethetőnek bizonyult: egy “ősrobbanásban” született világegyetem létrejötte a tér minden irányából érzékelhető ősi sugárzást hagyott volna maga után. Megfigyelése azonban egy mély rejtélyt is a felszínre hozott. Az elmélet szerint az ősi sugárzásban hőmérsékleti fluktuációk formájában látszani kellene az univerzum mai struktúrái, a galaxisok és a csillagok csíráinak. Az 1964-es megfigyelések szerint azonban a világegyetem teljesen simának tűnt, legalábbis a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást felfedező rádióantenna érzékenységének megfelelő szinten.

Közel harminc évvel később a COBE (Cosmic Background Explorer) műhold volt az első, amelyet a várt fluktuációk keresésére küldtek az űrbe. 1992-ben a COBE csapata két diadalmas bejelentést is tett. Egyrészt azt, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás spektrális energiaeloszlása az előrejelzésnek megfelelően rendkívül nagy pontossággal követi a Planck-görbét, másrészt azt, hogy szintén a várakozásoknak megfelelően két kicsiny – az átlagtól annak milliomod részével eltérő – fluktuációt is találtak a hőmérsékletében. Az így előállt új kép már elegendő volt az ősrobbanás elméletének alátámasztására, de még nem volt kellően pontos ahhoz, hogy további vizsgálatok kiindulópontja legyen.

A COBE térképe a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérséklet-eloszlásáról (NASA)

Egy évtizeddel később a mikrohullámú háttérsugárzásnak a sokkal nagyobb érzékenységű WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) szonda adatai alapján előállított térképe már rendkívüli részletességgel fedte fel a beszédes hőmérsékleti ingadozásokat, az első megbízható észlelési számbavételét adva az univerzum összetételének, szerkezetének és fejlődésének. (A COBE egyik vezető kutatója, John Mather a COBE csapatával együtt 2006-ban nyerte el a kozmológiai Gruber-díjat, míg a WMAP vezető kutatója, Charles Bennett és a WMAP együttműködés 2012-ben kapta meg az elismerést.)

Ugyanakkor a Planck-űrszondában használt technológiák – mint például a detektorok abszolút nulla fokot alig egytized kelvinnel meghaladó hőmérsékletűre történő világűrbeli hűtése – már a lehetőségeink határait feszegették, meghaladásukra pedig a közeljövőben nem sok esély mutatkozik.

A Planck fedélzetén két detektor üzemelt, mindegyik az elektromágneses spektrum emberi szem számára érzékelhetetlen tartományában. A Jean-Loup Puget és csapata által működtetett HFI (High Frequency Instrument) a távoli infravörös tartományban vizsgálta az univerzumot, míg a Nazzareno Mandolesi vezette csapat által felügyelt LFI (Low Frequency Instrument) főként a mikrohullámú tartományban. A két kísérlet mögött álló kutatócsoportok egymástól függetlenül dolgoztak, tulajdonképpen egymást is ellenőrizték, hogy végül a korai világegyetem olyan kompozit térképét állítsák elő, amely a WMAP térképe által mutatott fluktuációknál egy nagyságrenddel kisebb eltéréseket is jelzett.

A WMAP és a Planck szondák térképei a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérséklet-eloszlásáról (WMAP Science Team)

A Planck-űrszonda legfontosabb eredményei közül néhány:

  • Új leltár az univerzum összetételéről – 26,8% sötét anyag, 68,3% sötét energia és 4,9% közönséges anyag (például az atomok).
  • Rendkívül erős bizonyíték arra, hogy az univerzum geometriája “síkszerű” – azaz a párhuzamos egyenesek soha nem találkoznak –, ami a világegyetem kezdeti állapotával foglalkozó elméletek (inflációs paradigma és a struktúrák kialakulásának teóriái) egyik kiindulópontja.
  • A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérsékletének rendkívül kicsiny ingadozásait is felfedő mérési pontosság elérése.
  • A hőmérséklet-különbségek kimutatásán keresztül az univerzum fejlődésének leírásában a kvantumhatásokat is figyelembe vevő értelmezés alátámasztása, különös tekintettel a világegyetem születését a másodperc billiomod része billiomod részének billiomod részével (10-36 s) követő pillanatra, amikor a tér mérete egy “felfúvódási” fázis során a billiószorosára (1012) növekedett. (A kozmikus felfúvódás elméletéért és annak fejlesztéséért Alan Guth és Andrei Linde 2004-ben nyerte el a kozmológiai Gruber-díjat.)
    • Nagy pontosságú ellenőrzése az inflációs elmélet egy másik jóslatának, amely azt mondja, hogy az ingadozások amplitúdója eltérő lesz attól függően, hogy az égbolt kicsiny vagy nagy szögkiterjedésű részeit vizsgáljuk.
    • Nagy pontosságú detektálása a nagy skálákon fellépő polarizációnak, amely az univerzum ún. reionizációs korszakáról, az első csillagok és galaxisok kialakulásának koráról hordoz információt.

A 2013-ban nyilvánosságra hozott adatok mára az elméleti kozmológiai vizsgálatok alapjává váltak, pontosságukat is figyelembe véve pedig a következő évtizedekben is az univerzum összetételére és fejlődésére vonatkozó kutatások fő hajtóerejét adják majd.

Forrás: 2018 Cosmology Prize – Planck Team Laureate Profile

Hozzászólás

hozzászólás