Ripples i rum-tid kunne give spor til manglende komponenter i universet

Der er noget lidt skævt ved vores teori om universet. Næsten alt passer, men der er en flue i den kosmiske salve, en partikel af sand i den uendelige sandwich. Nogle videnskabsmænd tror, ​​at synderen kan være tyngdekraften - og at subtile krusninger i rum-tidens struktur kan hjælpe os med at finde den manglende brik.

Et nyt papir, der er medforfattet af en videnskabsmand fra University of Chicago, beskriver, hvordan dette kan fungere. Udgivet 21. december i Fysisk gennemgang D , metoden afhænger af at finde sådanne krusninger, der er blevet bøjet ved at rejse gennem supermassive sorte huller eller store galakser på vej til Jorden.

Problemet er, at noget får universet til ikke kun at udvide sig, men udvides hurtigere og hurtigere over tid - og ingen ved, hvad det er. (Søgningen efter den nøjagtige sats er en igangværende debat inden for kosmologi).

Forskere har foreslået alle slags teorier for, hvad den manglende brik kan være. "Mange af disse er afhængige af at ændre den måde, tyngdekraften fungerer på over store skalaer, " sagde papirets medforfatter Jose María Ezquiaga, en NASA Einstein postdoc-stipendiat ved Kavli Institute for Cosmological Physics ved UChicago. "Så gravitationsbølger er den perfekte budbringer til at se disse mulige ændringer af tyngdekraften, hvis de findes."

Gravitationsbølger er krusninger i selve rumtidens stof; siden 2015, menneskeheden har været i stand til at opfange disse krusninger ved hjælp af LIGO-observatorierne. Når to massivt tunge objekter støder sammen andre steder i universet, de skaber en krusning, der rejser hen over rummet, bærer signaturen af, hvad der end har gjort det - måske to sorte huller eller to neutronstjerner, der kolliderer.

I avisen, Ezquiaga og medforfatter Miguel Zumalácarregui hævder, at hvis sådanne bølger rammer et supermassivt sort hul eller en klynge af galakser på vej til Jorden, krusningens signatur ville ændre sig. Hvis der var en forskel i tyngdekraften sammenlignet med Einsteins teori, beviserne ville være indlejret i denne signatur.

For eksempel, en teori for den manglende del af universet er eksistensen af ​​en ekstra partikel. En sådan partikel ville blandt andre effekter, generere en slags baggrund eller "medium" omkring store objekter. Hvis en omrejsende gravitationsbølge ramte et supermassivt sort hul, det ville generere bølger, der ville blive blandet med selve gravitationsbølgen. Afhængigt af hvad den stødte på, gravitationsbølgesignaturen kunne bære et "ekko, " eller dukke op forvansket.

"Dette er en ny måde at undersøge scenarier på, som ikke kunne testes før, " sagde Ezquiaga.

Deres papir opstiller betingelserne for, hvordan man kan finde sådanne effekter i fremtidige data. Det næste LIGO-løb er planlagt til at begynde i 2022, med en opgradering for at gøre detektorerne endnu mere følsomme, end de allerede er.

"I vores sidste observationsløb med LIGO, vi så en ny gravitationsbølge aflæsning hver sjette dag, hvilket er fantastisk. Men i hele universet, vi tror, ​​de faktisk sker en gang hvert femte minut, " sagde Ezquiaga. "I den næste opgradering, vi kunne se så mange af dem - hundredvis af begivenheder om året."

Det øgede antal, han sagde, gøre det mere sandsynligt, at en eller flere bølger vil have rejst gennem et massivt objekt, og at videnskabsmænd vil være i stand til at analysere dem for spor til de manglende komponenter.

Zumalácarregui, den anden forfatter på papiret, er videnskabsmand ved Max Planck Institute for Gravitational Physics i Tyskland samt Berkeley Center for Cosmological Physics ved Lawrence Berkeley National Laboratory og University of California, Berkeley.