W 2023 roku fizycy z całego świata zostali zaskoczeni odkryciem niezwykle subtelnych zakłóceń w strukturze czasoprzestrzeni. Delikatne jej "zmarszczki", związane z układami szybko rotujących gwiazd neutronowych wzbudziły ogromne zainteresowanie środowiska naukowego.
Dotychczas przypuszczano, że za powstanie fal grawitacyjnych o niskiej częstotliwości odpowiadało przejście fazowe, które miało miejsce wkrótce po Wielkim Wybuchu. Nowe badania wskazują jednak, że cała sprawa może mieć dużo bardziej skomplikowaną naturę. Właśnie to — oczywiście nie bezpośrednio — chcą powiedzieć nam fale grawitacyjne.
Badacze z Uniwersytetu Xi'an Jiaotong-Liverpool zwracają uwagę, że istnieją istotne przesłanki, które podważają dotychczasowe hipotezy dotyczące pochodzenia tych fal. Przejścia fazowe to gwałtowne zmiany stanu materii, które zazwyczaj zachodzą przy osiągnięciu temperatury krytycznej. Najprostszy przykład? Woda w stanie płynnym zamieniająca się w lód poniżej temperatury 0 st. C. Jednak w kontekście kosmologicznym, przejście fazowe mogłoby wywołać fale grawitacyjne, które mogłyby dostarczyć cennych informacji na temat warunków panujących we wczesnym wszechświecie.
W koncepcji fal grawitacyjnych, którą rozwinięto na bazie ogólnej teorii względności Alberta Einsteina z 1915 roku, zakłada się, że masa obiektów kosmicznych wpływa na zakrzywienie czasoprzestrzeni. Kiedy takie obiekty przyspieszają, emitują fale grawitacyjne – czyli w ogromnym uproszczeniu niewielkie zaburzenia w tej strukturze. Na Ziemi efekt ten jest niemal niedostrzegalny, jednak w przypadku masywnych obiektów w kosmosie widać go doskonale. W układach podwójnych, gdzie dwa obiekty nieustannie krążą wokół siebie, dochodzi do ciągłej emisji fal grawitacyjnych, które z czasem mogą doprowadzić do ich kolizji i wygenerowania sygnału o wysokiej częstotliwości.
Różne częstotliwości fal grawitacyjnych można porównać do różnych długości fal elektromagnetycznych. Te o wyższej częstotliwości, mają mniejszą długość fali i przenoszą mniej energii. Natomiast fale grawitacyjne o niższej częstotliwości mają fale dłuższe i analogicznie — są mniej energetyczne. W 2023 roku, obserwatorium NANOGrav odkryło fale grawitacyjne o wyjątkowo niskiej częstotliwości. Nanohercowe fale różnią się od tych, które pochodzą z supermasywnych czarnych dziur czy fuzji gwiazd neutronowych — ich źródło może być więc nieco inne.
Jednym z głównych podejrzanych jest właśnie przejście fazowe, które miało miejsce niedługo po Wielkim Wybuchu. Badania prowadzone przez dr. Fowliego i jego zespół wskazują, że aby wytworzyć fale o tak niskiej częstotliwości, przejście to musiałoby być „superchłodne”. W takim przypadku proces przejścia byłby spowolniony do tego stopnia, że materia mogłaby „utknąć” w jednym stanie przez dłuższy czas. Problem polega jednak na tym, że takie superchłodne przejścia fazowe byłyby niezwykle trudne do wyjaśnienia w kontekście gwałtownej ekspansji wszechświata, która nastąpiła po Wielkim Wybuchu.
Według badaczy, jeżeli faktycznie mamy do czynienia z falami grawitacyjnymi pochodzącymi z przejść fazowych pierwszego rzędu, oznacza to, że w grę wchodzi nieznana dotąd, bardziej skomplikowana fizyka. Dookreślenie tych procesów może otworzyć drzwi do nowych odkryć dotyczących początków wszechświata, a także dostarczyć cennych informacji na temat bardziej przyziemnych zjawisk.
Nie lubię tego pisać, ale konieczne są dalsze badania, aby wyłuskać więcej danych z superchłodnych przejść fazowych, zwłaszcza tych, które mogły mieć miejsce we wczesnych etapach istnienia wszechświata. Uproszczenia nie wystarczą do określenia tych procesów, a bardziej zaawansowane metody badawcze mogą być kluczowe w dalszym rozwiązywaniu zagadki fal grawitacyjnych i ich roli w historii Wszechświata.
Wnioski z badań znalazły się już w Physical Review Letters i stanowią one ważny krok w dążeniu do odpowiedzi na najważniejsze pytania dotyczące początków wszechświata. Mogą przyczynić się ponadto do poszerzenia naszej wiedzy na temat fundamentalnych praw rządzących kosmosem.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
