Kosmologen hebben moeite om uit te leggen waarom ons 3D-universum is ontstaan ​​uit een kleine bol van 10-23 cm die ongeveer 13,8 miljard jaar geleden werd geboren. De oorsprong van kosmische expansie, ook wel inflatie genoemd, is een van de belangrijkste concepten voor het begrijpen van het begin van het universum binnen het huidige kosmologische paradigma, het zogenaamde standaardmodel van de kosmologie of het LambdaCDM-model.

Een typische benadering is om aan te nemen dat het universum is ontstaan ​​uit een soepele en vrijwel homogene fase, bekend als het inflatietijdperk. Kosmische inflatie veronderstelt dat het vroege universum een ​​snelle exponentiële expansie heeft ondergaan, waardoor alle rimpels en inhomogeniteiten vanaf de begintoestand zijn uitgerekt en gladgestreken. Dit eenvoudige beeld wordt echter geconfronteerd met uitdagingen als het in detail wordt onderzocht, vooral wat betreft de oorsprong en aard van de waargenomen kosmische structuren.

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van professor Syksy Rasanen van de Universiteit van Helsinki stelt een alternatief scenario voor dat het standaardmodel van de kosmologie uitdaagt. Ze suggereren dat in plaats van te beginnen met een soepele begintoestand, het vroege universum gevuld had kunnen zijn met ingewikkelde knopen of netwerken van topologische defecten.

In dit nieuwe raamwerk, genaamd knoestige of 'defecte kosmologie', onderzoeken de onderzoekers hoe de evolutie van deze topologische structuren aanleiding kan geven tot het waargenomen universum. Knopen kunnen leiden tot de vorming van bellen, die door botsingen extra knopen en bellen creëren, wat resulteert in een complexe webachtige structuur. Dit scenario wijkt af van het typische inflatieparadigma door een niveau van complexiteit en inhomogeniteit in het vroege universum te introduceren.

Volgens de onderzoekers zou dit ingewikkelde netwerk van defecten de bron kunnen zijn van de waargenomen kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB), die een momentopname oplevert van de toestand van het universum toen het ongeveer 380.000 jaar oud was. Het team laat zien hoe de botsing en vernietiging van topologische defecten kenmerken in de CMB kunnen opleveren die nauw aansluiten bij feitelijke waarnemingen.

Bovendien laten ze zien hoe het netwerk van defecten ook kan leiden tot de vorming van grootschalige kosmische structuren, zoals clusters en filamenten van sterrenstelsels, via een proces dat topologische defect-geïnduceerde zwaartekrachtinstabiliteit wordt genoemd. Deze benadering biedt een alternatieve verklaring voor het ontstaan ​​van kosmische structuren in het vroege heelal, waarmee het traditionele beeld van bottom-up structuurvorming ter discussie wordt gesteld.

Het ingewikkelde kosmologische raamwerk opent nieuwe wegen voor het begrijpen van de oorsprong en evolutie van het universum. Door topologische defecten te introduceren als een fundamenteel ingrediënt in het vroege universum, bieden de onderzoekers een nieuw perspectief op enkele van de meest diepgaande vragen in de kosmologie.