В познанията на космолозите има празнина за един първите мигове след Големия взрив. Макар този неясен период да продължава секунда, тогава се случват важни и радикални промени. Той не може да се проучи с познатите средства, но усъвършенстваните детектори на гравитационни вълни биха могли да помогнат.
През последните над 100 години, откакто Айнщайн разработва своята теория на относителността, в космологията са направени няколко революционни открития. Две от най-значимите са откриването на космическия микровълнов фон (CMB) през 1968 г. и потвърждаването на гравитационните вълни през 2015 г. При всяко от тях са използвани различни инструменти, но и двете подкрепят теорията за Големия взрив, която обяснява формирането на Вселената.
Учените все още не разбират една важна част от това формиране, а нова обзорна статия на Ришав Рошан (Rishav Roshan) и Греъм Уайт (Graham White) от Университета в Саутхемптън предполага, че може би космолозите ще успеят да постигнат известен напредък в своята едносекундна "празнина" в познанията, използвайки нова информация от гравитационните вълни.
Първо, нека да разгледаме какъв е проблемът, който се опитват да решат астрофизиците.
Теорията за Големия взрив в космологията понастоящем е най-широко приетата от учените. В нея има различни етапи, включително най-ранния етап, който се нарича "инфлация", и етап, в който започват да се образуват атомите, наречен "нуклеосинтеза при Големия взрив" (BBN). Въпреки това между края на инфлацията и началото на BBN има едносекундна празнина, която е неясна за учените.
Трудно е да се разбере какво се е случило в тази секунда, тъй като конкретният период е бил непрозрачен за електромагнитните вълни, като например реликтовото микровълново лъчение, което всъщност помага да се докаже теорията за Големия взрив.
Въпреки че една секунда може да не изглежда като много време, за тази секунда температурата на Вселената е спаднала с двадесет и два порядъка (това е 10 22 пъти). Как се е отразила тази температурна промяна е от решаващо значение за разбирането на случилото се по време на етапа на нуклеосинтезата след Големия взрив и следователно за създаването на Вселената, каквато я познаваме днес.
Фрейзър обсъжда използването на съществуващите мисии като детектори на гравитационни вълни.
За щастие, гравитационните вълни са налице, за да спасят положението. Те биха могли да проникнат дори в тази едносекундна празнина, позволявайки на космолозите за първи път да надникнат в мистериозното досега време и да се опитат да извлекат всякаква възможна информация за дисбаланса между материята и антиматерията или за скоростта на разширяване на самата Вселена в този момент. Но за да го направят, те се нуждаят от нов набор от инструменти.
Сега, след като гравитационните вълни са официално открити след продължило повече от 100 години търсене, учените имат много идеи за нови начини за откриването им.
В статията се разглеждат три метода, всеки от които може да открие гравитационни вълни с различна честота.
На първо място са по-усъвършенстваните системи, подобни на LIGO, интерферометърът, който откри първата вълна. Тези прецизни инструменти използват синхронизирани лазери, за да открият всякаква минимална разлика в дължините, причинена от гравитационните вълни.
Учените са изготвили планове за бъдещето, включващи по-огромни интерферометри, разположени на земята, и такива, разположени в космоса, които ще бъдат незасегнати от смущения като земетресения. Тези решения обещават да изследват гравитационните вълни в микрохерцовия до килохерцовия диапазон на честотите.
Фрейзър описва подробно гравитационните вълни.
Астрометрията и масивът за определяне на времето на пулсарите са другите две техники. И двете са полезни в други части на космологията, но могат да откриват и по-нискочестотни гравитационни вълни, ако инструментите, които ги наблюдават, са достатъчно чувствителни.
Астрометрията се използва по-често за откриване на екзопланети, докато масивите за измерване на времето на пулсарите са типична мярка за измерване на разстоянието в космологията. И двете обаче биха могли да засекат бавните гравитационни вълни, които се откриват от наличните инструменти, които вече се използват за тяхното наблюдение.
Тези различни техники ще търсят стохастичния гравитационно-вълнов фон (SGWB - Stochastic Gravitational-Wave Background). Той функционира подобно на космическия микровълнов фон, тъй като е остатък от началната фаза на Вселената. Все пак в този случай SGWB се състои от гравитационни вълни, които биха позволили на астрофизиците да разберат какво се случва назад във времето до самото начало на Вселената.
Ако тези нови инструменти наистина засекат стохастичния гравитационно-вълнов фон, те потенциално биха могли да открият някои мощни енергийни събития, случили се по време на тази едносекундна температурна деескалация.
Една от най-често разглежданите теории за създаването на гравитационните вълни е "акустичен" източник. Това не е звукът, за какъвто традиционно го смятаме, но описва мощни ударни вълни, които биха се случили при сблъсък на две "акустични обвивки", обграждащи ранната гореща материя. Подобни теории за Сътворението обикновено се групират в статията като "космически фазови преходи".
Астрономията на гравитационните вълни има потенциала да промени разбирането ни за Вселената, както обсъжда Фрейзър.
Друга група теории в статията е свързана със събития, наречени "топологични дефекти". Топологията е често срещана тема във физиката, а "дефектът" в този случай представлява всъщност прекъсване, чупка, разрив на пространство-времето, каквото го познаваме. Тези събития биха могли да имат очевидни гравитационни последици, някои от които би трябвало да могат да се открият в честотите, проследявани от новите детектори.
Последният набор от събития, които биха могли да предизвикат гравитационни вълни, се нарича "скалари". Тук няма нещо толкова екзотично като споменатите по-горе дефекти, тези събития са просто гигантски версии на познатата физика. Гравитационните вълни могат да бъдат предизвикани от гигантски маси, които се движат заедно например.
Други, още по-екзотични събития биха могли да образуват гравитационни вълни през този период от време, но откриването им ще изисква детектори с по-висока честота от наличните в момента. Понастоящем се разработват проекти за такива, които биха могли да откриват високочестотни гравитационни вълни, но към момента на изготвяне на настоящия доклад няма твърд ангажимент или експериментално доказателство за тяхната ефикасност.
Фрейзър обсъжда LISA, един от предложените космически интерферометри, които един ден биха могли да засекат гравитационни вълни от космоса.
Космолозите несъмнено ще имат достатъчно материал за анализ, дори и без да откриват високочестотни гравитационни вълни.
Наближава ерата на гравитационно-вълнова астрономия - и с всеки изминал ден тя е все по-близо до реалността - статии като тези на д-р Рошан и Уайт помагат да се осветли начина на използването ѝ.
Справка: Using gravitational waves to see the first second of the Universe; Rishav Roshan and Graham White; arXiv:2401.04388v3
Източник: How Gravitational Waves Could Let Us See the First Moments After the Big Bang, Universe Today
Още по темата
Космос
Гравитацията може да съществува без маса, показва за първи път изследовател
Космос
Квантувано червено отместване и проблеми с хипотезата за Големия взрив
Космос
Не е имало Голям взрив? Квантово уравнение показва, че Вселената няма начало и край
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари