Echa inflacji wciąż wstrząsają wszechświatem

Na początku wszechświata fizyka była dziwna. Proces znany jako inflacja, podczas którego Wszechświat przeszedł od jednego, nieskończenie małego punktu do wszystkiego, co widzimy dzisiaj, jest jednym z przykładów tej dziwnej fizyki. Teraz naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk dokonali przeglądu danych dotyczących synchronizacji pulsarów z 15 lat, aby nałożyć pewne ograniczenia na wygląd fizyki.

Dane z 15 lat pochodzą z Północnoamerykańskiego Obserwatorium Fal Grawitacyjnych Nanohertz (NANOGrav). Celem NANOGrav jest wykorzystanie niekonwencjonalnej metody wykrywania fal grawitacyjnych poprzez obserwację pulsarów. Te szybko obracające się obiekty są powszechnie używane jako „zegary” w kategoriach astronomicznych.

W 1983 roku para astronomów (Ronald Hellings i George Downs) opracowała metodę, dzięki której astronomowie mogliby wykorzystać grupę takich pulsarów do badania przesunięć, które mogą być spowodowane przez fale grawitacyjne.

W ramach niedawnych prac układy synchronizacji pulsarów (PTA), takie jak NANOGrav, z powodzeniem zidentyfikowały szczególny rodzaj fali grawitacyjnej, znany jako tło stochastycznej fali grawitacyjnej (SGWB). Koncepcja SGWB jest podobna do kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, trwałego blasku pochodzącego z wczesnego Wszechświata, który astronomowie mogą postrzegać jako serię mikrofal pochodzących ze wszystkich kierunków jednocześnie.

W przypadku SGWB fale grawitacyjne zamiast mikrofal dochodzą ze wszystkich kierunków jednocześnie. Zniekształcenie czasoprzestrzeni można wykryć, jeśli astronomowie uważnie monitorują nienaruszone pulsary. Niektóre źródła tego zniekształcenia sięgają okresu inflacyjnego wszechświata.

Wydaje się, że istnieje pewna wersja inflacji, która dobrze pasuje do modelu SGWB. Ten typ inflacji znany jest jako inflacja „ultra powolna” (USR) i musiał walczyć z siłami tarcia we wczesnym Wszechświecie, w wyniku czego powstał ciąg zbitej materii, który jest źródłem sygnałów SGWB wysyłanych przez NANOGrav . Oraz inne eksperymenty z układem synchronizacji pulsarów.

Istnieją jednak prawdopodobnie inne wyjaśnienia, skąd może pochodzić sygnał. W szczególności jako kolejne możliwe źródło wyników PTA zaproponowano koncepcję spiralnej podwójnej supermasywnej czarnej dziury.

Bo Mu i współpracownicy z Chińskiej Akademii Nauk Opublikowany artykuł Na serwerze preprintów arXiv Wydaje się, że dało to odpowiedź na pytanie, skąd pochodzą fale grawitacyjne tła.

W tym celu wykorzystali dane z około 15 lat opracowane przez NANOGrav i zebrane przez teleskopy konsorcjum. Według artykułu oczekiwane fale inflacji USR lepiej pasują do danych zebranych w tym długim okresie niż układy podwójne czarnych dziur czy inna koncepcja znana jako „kolizja bąbelków kosmicznego przejścia fazowego”.

Dopasowywanie danych do modeli to jedne z najważniejszych prac w społeczności fizyków teoretycznych. Niniejsza praca stanowi krok we właściwym kierunku, jeśli chodzi o zrozumienie nowej fizyki fal grawitacyjnych. Zakładając, że przejdzie przez proces wzajemnej oceny, prawdopodobnie nastąpi wiele dalszych kroków, takich jak szczegółowe określenie źródła tła tego fascynującego świata nowo odkrytych fal grawitacyjnych.