در روزهای آخر سال ۱۳۹۲ خبری داغ در بسیاری از خبرگزاریها پخش شد، خبر کشف امواج گرانشی! خبری جذاب برای فیزیکپیشگان و حتی علاقهمندان به فیزیک. خبر از این قرار بود که پژوهشگران با تحلیل دادههای بهدستآمده از آزمایش «بایسپ2» (BICEP2)، توانستهاند قطبش خاصی از امواج ریزموج زمینه را آشکار کنند که منشأ آن در ابتدای شکلگیری عالم است.
«بایسپ2» که در قطبجنوب قرار دارد، برای تصویربرداری از قطبش امواج ریزموج زمینه در مقیاس کیهانی، طراحی شده و بین سالهای ۲۰۱۰ م (۱۳۸۹) و ۲۰۱۲ م (۱۳۹۱) مشغول دریافت داده از آسمان بوده است. تیمی از پژوهشگران مرکز اسمیتسونین دانشگاه هاروارد، در دوسال گذشته مشغول تحلیل دادههای حاصل از این رصد بودهاند و در اواخر اسفندماه ۱۳۹۲ (مارس ۲۰۱۴) میلادی، خبر کشف قطبش مد B را در تابش ریزموج زمینه اعلام کردند. مدل استاندارد کیهانشناسی تاکنون موفقترین مدل برای توصیف دقیق عالم بوده است. البته ناموفقیتهایی در توصیف برخی پدیدههای مشاهدهشده داشته است که برای رفع این مشکلات، فیزیکپیشگان و کیهانشناسان مدلی با نام مدل تورمی معرفی کردهاند. طبق پیشبینی مدلهای تورمی، عالم در کسر بسیار کوچکی از ثانیه پس از مهبانگ، انبساط بسیار سریعی را از سر گذرانده است. در طول این انبساط سریع، در چگالی یکنواخت و همگن ماده تشکیلدهنده عالم، بذرهایی از ناهمگنی بهوجود آمده است. یعنی در ناحیههای کوچکی، چگالی ماده بیشتر از چگالی زمینه عالم شده است. این ناهمگنیها بهتدریج رشد کردهاند و در طول میلیاردهاسال، به ساختارهایی تبدیل شدهاند که امروزه در عالم بهصورت کهکشانها و خوشههای کهکشانی میبینیم. در طول دوران تورمی، اختلالهایی هم در گرانش بهوجود آمده است. این افتوخیزهای گرانشی با سرعت نور در فضا منتشر شدهاند. به این گسترش افتوخیز گرانشی، امواج گرانشی میگویند. در سالهای اخیر برای دریافت امواج گرانشی روی زمین تلاشهای زیادی شده است و آزمایشهایی روی زمین طراحی و ساخته شدهاند که هنوز هیچیک موفق به آشکارکردن مستقیم این امواج نشدهاند.
اما سوال اینجاست که چطور و با چه آزمایشی میتوان درستی پیشبینی نظریههای تورمی را آزمود؟ تورم مولد ناهمگنیهای اولیه عالم است و این ناهمگنیها در طول تحول عالم بر دیگر ذرات موجود در آن اثر گذاشتهاند. اما عالم دایم در حال انبساط است و با زیادشدن فاصلهها، احتمال برخورد بین ذرات، کمتر میشود. برهمکنش الکترونها با فوتونها (ذرات تشکیلدهنده نور) تا 380هزارسال پس از مهبانگ ادامه داشته است و از آن پس با انبساط عالم، احتمال برخورد بین فوتونها و الکترونها بسیار کم شده و فوتونها آزاد شدهاند. این فوتونها از آن زمان (زمان آخرین پراکندگی) به ما میرسند و در طول موج ریزموج آشکار میشوند. این فوتونها که با انجام تابش ریزموج زمینه شناخته میشوند اطلاعاتی از زمان آخرین پراکندگی را با خود دارند: اطلاعاتی از ناهمگنیهای ماده در آن زمان و از امواج گرانشی اولیه که در دوران تورم تولید شده است. بنابراین مطالعه این فوتونها میتواند روشی برای آشکارکردن اثر امواج گرانشی اولیه (که در دوران تورمی تولید شدهاند) هم باشد. دمای فوتونهای تابش ریزموج زمینه اطلاعات زیادی در خود دارد. دمای این فوتونها از طول موج آنها به دست میآید و هرچه این امواج طول موج بیشتری داشته باشند، دمای کمتری هم دارند. دمای فوتونهای ریزموج زمینه در حدود 7/2کلوین است (شدت فوتونهای دریافتی در این طول موج بیشتر است). در 20سال گذشته، مطالعه نقشه دمای این تابش که از کل آسمان بهدست آمده است، یکی از دقیقترین ابزارهای آزمایشی برای کیهانشناسان، در تایید یا رد مدلهای مختلف بوده است. مثل هر موج دیگری، علاوه بر طول موج، قطبش این امواج را هم میتوان اندازهگیری کرد. پدیدههای مختلف کیهانشناختی اثرهای مختلفی در نقشه دما و قطبش تابش ریزموج زمینه دارند، اثرهایی که از یکدیگر تفکیکشدنی هستند. اثر وجود امواج گرانشی اولیه بر قطبش تابش ریزموج زمینه، با دیگر اثرها تفاوت دارد. اصطلاحا اثر این امواج در مد B قطبش این تابش مشخص میشود. البته اندازهگیریهای دقیق قطبش، در آشکارسازیهای مختلف برای آشکارکردن مدهای مختلف قطبش لازم است. کشف اخیر درواقع کشف مد B در قطبش تابش ریزموج زمینه است. آنطور که گروه هاروارد در کشف اخیر خود ادعا کردهاند و بسیاری از پژوهشگران دیگر هم این نتیجه را پذیرفتهاند، دقت نتایج گزارششده بالاست و این نتایج قابلاعتماد هستند. البته رصدهای بعدی و تحلیلهای دیگر توسط گروهها و پروژههای دیگر تصویر دقیقتری به دست خواهند داد.