Недоказаната теория на Айнщайн за "гравитационната памет" може да е правилна, твърди проучване

Ваня Милева Последна промяна на 11 март 2025 в 00:00 2422 0

Илюстрация на гравитационни вълни, разпръскващи се от две сливащи се черни дупки.

Кредит NASA Goddard
Илюстрация на гравитационни вълни, разпръскващи се от две сливащи се черни дупки.

Учени изследват нов начин за проверка на една от теориите на Айнщайн - ефект, наречен "памет за гравитационните вълни", която би могла да запази траен отпечатък в пространството.

Търсенето на този скрит отпечатък е накарало изследователите да проучат космическия микровълнов фон (CMB), най-старата светлина във Вселената, за следи от минали сливания на черни дупки.

Траен отпечатък върху пространството

Според Общата теория на относителността на Айнщайн масивни обекти могат да огъват пространството, създавайки гравитационни вълни - невидими пулсации, които се разпространяват във Вселената със скоростта на светлината. Тези вълни се появяват, когато гигантски масивни обекти, като например черни дупки, се ускорят и се сблъскат.

За разлика от обикновените вълни, които преминават през материята, без да я променят, гравитационните вълни могат да предизвикат трайни промени в пространството. Всеки обект, през който преминават, дори миниатюрните светлинни частици, наречени фотони, може да претърпи трайна промяна в скоростта или посоката.

Учените смятат, че светлината, пътуваща през пространството, може да запази запис на тези вълни и да съхрани "памет" за минали космически събития.

Типичен сигнал на гравитационна вълна, произведен от двойка сливащи се черни дупки. Веднага след сливането, вече единствената черна дупка ще "звъни". Този звън се заглушава в следващия етап, наречен "затихване" (ringdown), на излъчването на гравитационни вълни. Фазата на "затихване" започва, когато черните дупки се доближат една до друга в рамките на фотонната сфера. В тази област по-голямата част от излъчените гравитационни вълни отиват към хоризонта на събитията, а амплитудата на излизащите намалява. Дистанционно откритите гравитационни вълни имат трептене с бързо намаляваща амплитуда, тъй като ехото от събитието на сливането е резултат от все по-тесни и по-тесни спирали около получената черна дупка. Кредит: Kip Thorne; (Bottom) B. P. Abbott et al.; adapted by APS/Carin Cain

Търсене на доказателства в най-старата светлина

За да проверят тази теория, изследователите проучват как сблъсъците на черни дупки биха могли да повлияят на космическия микровълнов фон - слабо лъчение, което съществува още от времето на Големия взрив. Тази светлина е носител на температурни промени и учените смятат, че тези промени могат да разкрият доказателства за древни гравитационни вълни.

"Можем да научим много неща", заявява пред Live Science Кай Хендрикс (Kai Hendriks), докторант в Института "Нилс Бор" и съавтор на изследването.

"Например, измерването на гравитационната памет в сигнала на гравитационните вълни ни дава повече информация за свойствата на двете черни дупки, които са произвели този сигнал: колко тежки са били тези черни дупки или колко далеч са от нас."

Откритията се простират отвъд сливанията на отделни черни дупки. Ако в СМВ съществуват следи от гравитационна памет, те биха могли да покажат дали свръхмасивните черни дупки са се сливали по-често в ранната Вселена, отколкото днес. Това би могло да покаже как галактиките и черните дупки са еволюирали в продължение на милиарди години.

Изображение на космическия микровълнов фон (CMB). Кредит: PICRYL - Public Domain

За да проверят хипотезата си, изследователите изчисляват как гравитационната вълна на Айнщайн може да промени CMB. Проучването им показва, че сливанията на черни дупки би трябвало да оставят след себе си измерими промени в това древно лъчение.

Силата на сигнала зависи от масата на черните дупки и честотата на техните сблъсъци.

"Дължината на вълната на светлината е пряко свързана с нейната температура - малка дължина на вълната означава висока температура, а голяма дължина на вълната - ниска температура", посочва Дейвид О'Нийл (David O'Neill), друг съавтор от Института "Нилс Бор", пред Live Science.

"Част от светлината, засегната от паметта на гравитационните вълни, става "по-гореща", докато част от другата светлина става "по-студена". Областите с гореща и студена светлина образуват своеобразна картина в небето. Предполагаме, че този модел ще присъства в космическия микровълнов фон, макар и доста слабо", добавя Дейвид О'Нийл.

Откриването на този ефект обаче остава сериозно предизвикателство. Сегашните телескопи, като спътника "Планк", са картографирали CMB в големи подробности, но предсказаните температурни промени са малки колкото една трилионна част от градуса, което ги прави почти невъзможни за наблюдение с днешните технологии.

В бъдеще по-чувствителните телескопи може да успеят да открият тези фини изкривявания, предлагайки нов начин за изучаване на скритите сили, които са оформили Вселената.

Усъвършенстване на моделите

Въпреки обещаващите открития по отношение на теорията за гравитационната памет на Айнщайн, изследователите признават, че техните изчисления разчитат на опростени предположения. Например в проучването първоначално се приема, че всички сливащи се черни дупки имат еднаква маса. В реалния живот черните дупки се различават значително по размер.

Някои свръхмасивни черни дупки са милиони или дори милиарди пъти по-масивни от Слънцето, което означава, че тяхното въздействие върху CMB също би било различно.

"В момента ефектът, който проучваме, е изключително фин", отбелязва Хендрикс. "Възможно е обаче в определени области на небето той да е неочаквано силен." За да се направят точни прогнози, ще са необходими по-усъвършенствани модели, които отчитат еволюцията на Вселената във времето.

Въпреки че откриването на паметта на гравитационните вълни остава трудна задача, бъдещият напредък в астрономията може да приближи учените до разкриването на този космически отпечатък - и да разкрие нови загадки за миналото на Вселената.

Справка: Gravitational Wave Memory Imprints on the CMB from Populations of Massive Black Hole Mergers; Lorenz Zwick, David O'Neill, Kai Hendriks, Philip Kirkeberg, Miquel Miravet-Tenés; https://arxiv.org/abs/2404.06927 ; A&A; DOI https://doi.org/10.1051/0004-6361/202450664 

Източник: Unproven Einstein theory of 'gravitational memory' may be real after all, new study hints, Live Science

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !