Kas tai yra „Blogio ašis“ ir kodėl ši anomalija sukėlė tiek daug nerimo: „Galima sakyti, išgelbėjome kosmologiją nuo visiškos griūties“

Didžiojo Sprogimo aidas

Žemė žiūri į dangų tūkstančiais teleskopų akių. Dar kelios dešimtys skrieja orbitoje. Pirmieji teleskopai buvo optiniai ir skirti žmogaus akiai „suprantamai“ elektromagnetinio spektro daliai – regimajai šviesai. Tuo tarpu šiuolaikiniai bekraštes kosmoso erdves stebi visame elektromagnetinio spinduliavimo spektre. Pavyzdžiui, kosminė Swift observatorija registruoja ir stebi kosminius gama spindulių blyksnius – milžiniškus energijos pliūpsnius, matomus tolimose galaktikose. Trumpabangiai gama spinduliai yra pačioje elektromagnetinio spektro pradžioje. Tuo tarpu orbitinė stotis „Radioastron“ juodąsias bedugnes ir neutronines žvaigždes tyrinėja kitame spektro gale esančiame radiobangų diapazone.

Kai kurios orbitinės observatorijos garsesnės, kai kurios ne tokios žinomos. Populiarumo reitingo viršuje įsitaisęs kosminis teleskopas „Huuble“, 27 metus orbitoje tiriantis kosmosą regimųjų, ultravioletinių ir infraraudonųjų spindulių diapazone. Plačiai žinomas ir „Kepler“, superjautriu fotometru, dirbančiu 430–890 nm diapazone (regimoji ir infraraudonoji šviesa) galintis vienu metu stebėti 145 000 žvaigždžių šviesumo kitimus, galinčius rodyti planetų tranzitus.

Tačiau yra ir orbitinių observatorijų, kurių pagrindinis tikslas ne atskiros žvaigždės, planetos ar galaktikos, o pati Visata. Jie skrieja orbitoje, kad padėtų astronomams išsiaiškinti Visatos struktūrą, pabandyti suprasti jos istoriją. O gal per neįsivaizduojamų tolių sieną išvysti ir kitas visatas.

2001 metų birželį NASA į kosmosą iškelta WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) observatorija – būtent tokia. Aparatas skirtas foninio reliktinio spinduliavimo (kosminio mikrobangų fono – KMF), susidariusio Didžiojo Sprogimo (DS) metu, tyrimui. Iki 2010 metų spalio jis buvo už 1,5 mln. kilometrų nuo Žemės, netoli Saulės – Žemės sistemos Lagranžo taško L2. Nuo 2001 iki 2009 metų jis skenavo dangų ir teikė rezultatus į Žemę. Remiantis teleskopu gautais duomenimis, buvo sudarytas detalus kelių radijo spinduliavimo dažnių diapazonų – nuo 1,4 cm iki 3 mm, kas atitinka mikrobangų diapazoną – dangaus vaizdalapis.

Reliktinis spinduliavimas tolygiai užpildo Visatą. Šis kosminis mikrobangų fonas, atsiradęs pirminės vandenilio rekombinacijos epochoje, yra savotiškas DS „aidas“. Jis labai izotropiškas, tau yra, visomis kryptimis vienodas. Jo spinduliavimo spektras atitinka absoliučiai juodo kūno, kurio temperatūra 2,72548 ± 0,00057 К, spinduliavimą. Spinduliavimo maksimumas tenka 1,9 mm ilgio ir 160,4 GHz dažnio bangoms, (mikrobangų spinduliavimas). Nesismulkinant, elektromagnetinių bangų spektre jos yra tarp šiluminio infraraudonojo spinduliavimo ir mobiliojo ryšio, radijo ir televizijos dažnių. KMF spinduliavimas izotropiškas 0,01 %. tikslumu. Būtent tokio lygio skirtumus atspindi „šilti“ oranžiniai ir „šalti“ mėlyni regionai kosminiais aparatais darytuose radijo vaizdalapiuose. Nedideliu masteliu juose matoma anizotropija, tai yra netolygumas.

2010 metais observatorija savo misiją baigė. Taip, kaip kadaise WMAP pakeitė kosminė observatoriją COBE (Cosmic Background Explorer), dar žinomą kaip Explorer 66, taip ir ją L2 taške pakeitė jautresnė ir platesniame dažnių ruože veikianti europietiška observatorija Planck.

Perverta ašimi

Pagrindinė šiuolaikinės kosmologijos tezė, kuria remiasi dauguma dabartinių Visatos sandaros modelių, yra vadinamasis kosmologinis principas, skelbiantis, kad vienu ir tuo pačiu laiko momentu stebėtojas, kad ir kur jis būtų ir kokia kryptimi bežiūrėtų, Visatoje matys vienodą vaizdą.

Nepriklausomumas nuo stebėjimo vietos, visų erdvės taškų lygiateisiškumas vadinamas vientisumu. O nepriklausomumas nuo stebėjimo krypties, nebuvimo kuo nors ypatingos krypties erdvėje, tai yra, kad Visatoje jokia kryptis nesiskiria nuo visų kitų krypčių, – izotropija. Jos nebuvimas – anizotropija.

Štai šis nepriklausomumas nuo stebėjimo vietos, visų erdvės taškų lygiateisiškumas vadinamas vientisumu. O nepriklausomumas nuo stebėjimo krypties, nebuvimo kuo nors ypatingos krypties erdvėje, tai yra, kad Visatoje jokia kryptis nesiskiria nuo visų kitų krypčių, – izotropija. Jos nebuvimas – anizotropija.

Viskas gražu ir gerai, tačiau apdorojant WMAP zondo duomenis, buvo padaryta išvada, kad Visata anizotropiška. Duomenų analizės rezultatai rodė, kad kosmose yra kažkokia pailga sritis, į kurią Visatos struktūra ir orientuojasi. Tai yra, kosmose visgi egzistuoja kryptis pagal kurią išsidėsto galaktikos ir stambūs kosminiai objektai. Šis, dabartinį supratimą apie Visatos sandarą galintis sugriauti fenomenas ir buvo pavadintas „Blogio ašimi“. Patį terminą naudoti pradėjo Didžiojoje Britanijoje dirbantis portugalų fizikas ir kosmologas João Magueijo (Žuan Mageižu).

Manoma, toks pavadinimas susijęs ne tik su fenomeno „geometrija“, kiek su įtaka, kurią jis gali padaryti susiklosčiusiam Visatos supratimui. Be to, keliais metais anksčiau JAV prezidentas G. Bushas tokį terminą panaudojo, apibūdindamas šalis, kurios, JAV nuomone, remia tarptautinį terorizmą ir kelia grėsmę taikai ir stabilumu planetoje.

Pažymėtina, kad Visatoje šiokia tokia anizotropija yra. Antraip nebūtų nei galaktikų, nei žvaigždžių, nei planetų ir tuo pačiu – mūsų visų. Visa tai – Visatos vientisumo nukrypimai. Kosmologinis principas naudojamas itin dideliu masteliu, gerokai didesniu, nei galaktikų sankaupos – šimtų milijonų šviesmečių masteliu. Mažesniu masteliu nevienodumas įmanomas kaip DS metu vykusių kvantinių fluktuacijų pasekmė.

Stebėdamas „šiltas“ (oranžines) ir „šaltas“ (mėlynas) KMF spinduliavimo fluktuacijų sritis, Magueijo, pastebėjo kai ką įdomaus. Jis nustatė, kad didžiausiais masteliais KMF fluktuacijos (temperatūros svyravimai) išsidėstę ne atsitiktinai, o gan tvarkingai.

Atskiras tokios anizotropijos pasireiškimo atvejis – reliktinė šaltoji dėmė Eridano žvaigždyne. Čia mikrobangų spinduliavimas gerokai mažesnis, nei aplinkinėse srityse. Beveik milijardo šviesmečių Eridano Supertuštumoje gerokai mažiau žvaigždžių, dujų ir galaktikų, nei įprasta.

Dabar kol kas tiksliai nesuprantama, kas galėjo sukelti tokią žiojėjančią skylę. Šiaurės Karolinos valstijos universiteto profesorė Laura Mersini-Houghton pateikia savo stulbinamą paaiškinimą: „Vienareikšmiškai, tai – atspaudas kitos visatos, esančios už mūsiškės ribų“.

Pasivaideno?

ir štai 2009 metais ESA į orbitą iškėlė tobulesnį „Planck“ teleskopą. Kosminiame aparate buvo du dangaus tyrimo instrumentai: žemo dažnio imtuvas, apimantis 30 – 70 GHz, tai yra maždaug 10 – 4 mm ilgio bangas, ir didelio dažnio 100 – 857 GHz imtuvas, fiksuojantis 1 – 0,35 mm ilgio bangas. Spinduliavimą į prietaisus fokusavo sistema iš dviejų veidrodžių – pagrindinio, 1,9×1,5 m, ir antrinio, kurio matmenys 1,1×1,0 m. Teleskopo imtuvai buvo atšaldyti iki −273,05 °C, tai yra, vos 0,1 °С aukštesnėje temperatūroje, nei absoliutus nulis. Planckas dangų stebėjo, kol 2012 sausį išnaudojo visas imtuvą šaldžiusias helio atsargas.

Jis turėjo patvirtinti arba paneigti WMAP gautus rezultatus. Ir 2013 metais atlikta pirmoji gautų duomenų analizė parodė, kad Visatos „Blogio ašis“ iš tiesų egzistuoja. Tačiau tuo metu dar nebuvo publikuoti visi zondo duomenys.

Ir tik 2016 metų gegužę žurnale Physical Review Letters buvo publikuoti Londono universiteto koledžo (University College London, UCL) ir Imperatoriškojo Londono koledžo (Imperial College London, ICL) mokslininkų atliktos visų teleskopo duomenų analizės rezultatai, kurie parodė, kad jokios „ašies“ nėra. Teleskopu 2009 – 2013 metais rinktų duomenų analizė superkompiuteriu parodė: Visata izotropiška.

Tyrime dalyvavusi Londono universiteto koledžo fizikos ir astronomijos fakulteto tyrėja kosmologė Daniela Saadeh, neslepia džiaugsmo: „Galima sakyti, išgelbėjome kosmologiją nuo visiško peržiūrėjimo“.

Koledžo svetainėje patalpintame tyrinėjimo rezultatų paaiškinime Daniela paaiškina: „Tyrimo rezultatai – geriausias įrodymas, kad Visata vienoda visomis kryptimis. Dabartinis mūsų Visatos supratimas remiasi prielaida, kad joje nėra kokios nors vienos ypatingos krypties. Tačiau reikia suprasti, kas Einšteino reliatyvumo teorija iš esmės neatmeta nesubalansuotos erdvės egzistavimo tikimybės. Besisukančioms ar tįstančioms Visatoms egzistuoti niekas nekliudo, todėl itin svarbu kad mūsų atveju taip nėra.Nors mes, aišku, visiškai atmesti tokios galimybės negalime, tačiau mūsų skaičiavimai rodo, kad to tikimybė yra 1 iš 121 000“.