Fale grawitacyjne mogą pochodzić z pierwotnych pęknięć w czasoprzestrzeni
Wczesny wszechświat mógł być tak gwałtownym miejscem, że sama czasoprzestrzeń pękała jak tafla szkła. Te pęknięcia uwolniłyby powodzie fale grawitacyjnea zespół astronomów odkrył, że być może już wykryliśmy te zmarszczki w tkaninie czasoprzestrzeni.
Zespół, który niedawno przedstawił swoje wyniki w artykule przesłanym do publikacji w Journal of Computational Astrophysics and opublikowane na arXiv.org (otwiera się w nowej karcie)twierdzą, że widzieli dowody na istnienie tak zwanych ścian domen we wczesnym wszechświecie.
Kiedy nasz wszechświat był niewiarygodnie młody, był również niesamowicie egzotyczny. The cztery siły natury zostały połączone w jedną, zjednoczoną siłę. Nie wiemy, jak ta siła wyglądała ani jak działała, ale wiemy, że w miarę jak wszechświat ochładzał się i rozszerzał, ta zjednoczona siła rozpadła się na cztery znane nam dzisiaj siły. Pierwszy przyszedł powagaa później silna siła jądrowa rozszczepiły się, a na koniec siły elektromagnetyczne i słabe jądrowe oddzieliły się od siebie.
Powiązany: Historia wszechświata: od Wielkiego Wybuchu do teraz w 10 prostych krokach
Z każdym z tych podziałów wszechświat całkowicie się przekształcił. Powstały nowe cząstki, które zastąpiły te, które wcześniej mogły istnieć tylko w ekstremalnych warunkach. Podstawowe pola kwantowe czasoprzestrzeni, które dyktują, w jaki sposób cząstki i siły oddziałują na siebie, ponownie się skonfigurowały. Nie wiemy, jak płynnie lub z grubsza przebiegały te przejścia fazowe, ale jest całkiem możliwe, że z każdym podziałem wszechświat osadzał się w wielu tożsamościach jednocześnie.
To pęknięcie nie jest tak egzotyczne, jak się wydaje. Dzieje się tak przy wszelkiego rodzaju przemianach fazowych, takich jak przemiana wody w lód. Różne plamy wody mogą tworzyć cząsteczki lodu o różnych orientacjach. Bez względu na wszystko cała woda zamienia się w lód, ale różne domeny mogą mieć różne układy molekularne. Tam, gdzie te domeny stykają się ze ścianami lub niedoskonałościami, pojawią się pęknięcia.
Sondowanie GUT
Fizyków szczególnie interesuje tak zwana przemiana fazowa GUT naszego Wszechświata. GUT jest skrótem od „teorii wielkiej unifikacji”, hipotetycznego modelu fizyki, który łączy silne oddziaływanie jądrowe z elektromagnetyzmem i słabym oddziaływaniem jądrowym. Teorie te są poza zasięgiem obecnych eksperymentów, więc fizycy i astronomowie zwracają się do warunków wczesnego Wszechświata, aby zbadać to ważne przejście.
Przejście fazowe GUT, które nastąpiło, gdy Wszechświat miał zaledwie ułamek sekundy, mogło równie dobrze pozostawić ściany domen, sieć granic między różnymi konfiguracjami czasoprzestrzeni. Te wady nie mogły jednak trwać długo. Gdyby utrzymywały się przez kilka sekund, a nawet minut, ich intensywne energie przerwałyby proces nukleosyntezy, który dał początek całemu pierwotnemu wodorowi i helowi we wszechświecie lub zniekształcił nasze wyobrażenia o kosmiczne mikrofalowe tło (CMB), pozostałości promieniowania z Wielki Wybuch.
Tak więc ten połączony zestaw ścian domen musiał rozpaść się na inne cząstki — albo normalne cząstki, na przykład elektrony Lub kwarkilub bardziej egzotyczne cząstki, takie jak niektóre formy Ciemna materia. Tak czy inaczej, ten proces rozpadu, w połączeniu z falującym ruchem samych ścian domen, uwolniłby powódź fal grawitacyjnych, które mogłyby przetrwać we współczesnym wszechświecie.
Badanie domeny
Te fale grawitacyjne byłyby niewiarygodnie słabe i niemożliwe do wykrycia za pomocą istniejących naziemnych urządzeń do fal grawitacyjnych. Ale od ponad dekady kilka zespołów astronomów na całym świecie szuka tego pulsary mapować fale grawitacyjne rozlewające się po wszechświecie.
Pulsary to niezwykle precyzyjne obiekty do pomiaru czasu, zdolne do utrzymania rytmu z dokładnością do mniej niż jednej milionowej sekundy. Jeśli jednak fala grawitacyjna przejdzie między nami a zestawem pulsarów, wpłynie to subtelnie na okres pulsacji. Badając dużą liczbę pulsarów przez długi czas, możemy mieć nadzieję na znalezienie sygnałów tła spieniania fal grawitacyjnych.
Te tablice synchronizacji pulsarów, takie jak eksperyment NANOGrav i European Pulsar Timing Array, już znalazły wskazówki dotyczące sygnału. Większość astronomów uważa, że ten sygnał jest wynikiem połączonego działania milionów supermasywne czarne dziury zderzają się ze sobą przez miliardy lat.
Ale nowe badanie przedstawia inny obraz. Zespół twierdzi, że sygnał można również wytłumaczyć rozpadem ścian domen we wczesnym wszechświecie. Ich modele pozwalają na rozpad ścian domeny wystarczająco szybko, aby nie naruszać innych obserwacji, takich jak CMB, jednocześnie zapewniając wystarczająco silny sygnał, aby wyjaśnić dane z tablicy synchronizacji pulsarów.
Ponieważ sygnały w danych są bardzo słabe i nie potwierdzono, że pochodzą z żadnego konkretnego źródła, jest miejsce na tego rodzaju radykalną propozycję. Zespół twierdzi, że przyszłe pomiary synchronizacji pulsarów powinny być w stanie odróżnić ich model rozpadających się ścian domen od tradycyjnego obrazu zderzających się supermasywnych czarnych dziur. Ponadto, jeśli ich model jest dokładny, ściany domen powinny rozpaść się na normalne lub egzotyczne cząstki. Tak czy inaczej, powinno to być wykrywalne za pomocą przyszłych, znacznie bardziej czułych pomiarów CMB.
Jeśli wynik się utrzyma, będzie to wielka wygrana dla fizyki: po raz pierwszy odkryliśmy konkretne dowody na przemiany fazowe GUT i początki nowego rozumienia fizyki.
Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom (otwiera się w nowej karcie) lub na Facebook (otwiera się w nowej karcie).
