Chok i det tidlige univers kan være påviselige i dag

(Phys.org) - Fysikere har opdaget en overraskende konsekvens af en bredt understøttet model af det tidlige univers:ifølge modellen, bittesmå kosmologiske forstyrrelser frembragte stød i strålingsvæsken bare en brøkdel af et sekund efter big bang. Disse stød ville have kollideret med hinanden for at generere gravitationsbølger, der er store nok til at blive detekteret af nutidens gravitationsbølgedetektorer.

Fysikerne, Ue-Li Pen ved Canadian Institute for Theoretical Astrophysics i Toronto, og Neil Turok ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo, har udgivet et papir om stødene i det tidlige univers og deres efterspil i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Som forskerne forklarer, den mest understøttede model af det tidlige univers er en med en strålingsdomineret baggrund, der er næsten perfekt homogen, bortset fra nogle små bølger, eller forstyrrelser, i strålingen.

I den nye undersøgelse, Pen og Turok har teoretisk vist, at nogle af disse tidlige, små forstyrrelser, som er bølger med lille amplitude, ville have steget til at danne bølger med stor amplitude, eller stød. Disse stød ville kun have dannet sig ved meget høje temperaturer, som dem, der opstår umiddelbart efter big bang.

Fysikerne viste også, at når to eller flere stød kolliderer med hinanden, de genererer gravitationsbølger.

Resultaterne tyder på, at både kolliderende stød og sammenfletning af sorte huller-som dem, der blev opdaget tidligere på året af Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -eksperimentet-bidrager til gravitationsbølge-baggrunden. Nogle forskere har tidligere spekuleret i, at de sammenføjede sorte huller kan have dannet sig fra de samme forstyrrelser, der skabte stødene og, yderligere, at sorte huller af denne størrelse kan udgøre det mørke stof i vores galakse.

Imidlertid, det ville være muligt at skelne mellem sammenfletning af sorte huller og kolliderende stød, fordi gravitationsbølgerne udsendt af stød ville blive detekteret ved langt lavere frekvenser i dag, da bølgelængden ville være blevet strakt ved universets ekspansion. I dag ville gravitationsbølgerne fra stød have frekvenser på 3 nHz, i modsætning til 100 Hz -regimet, hvor LIGO -eksperimentet i øjeblikket fungerer.

Baseret på deres analyse, forskerne tror, ​​at både nuværende og fremtidige planlagte gravitationsbølgedetektorer vil være i stand til at detektere frekvenserne af gravitationsbølger udsendt af stød. Disse frekvenser svarer til emissionstider på omkring 10 ^-4 til 10 ^-30 sekunder efter big bang.

En anden interessant konsekvens af stød i det tidlige univers er, at deres interaktioner ville have fået den omgivende strålingsvæske til at rotere, frembringer hvirvelighed. Det betyder, at stød i det tidlige univers ville have genereret entropi i en ellers perfekt strålingsvæske, hvor entropien normalt ikke kan stige.

Muligheden for at stød i det tidlige univers kunne have genereret gravitationsbølger, hvirvelighed, og entropi kunne hjælpe forskere med at løse nogle af de mere forvirrende gåder i det tidlige univers, f.eks. hvorfor universet har mere stof end antimateriale (baryogeneseproblemet), samt oprindelsen til de magnetiske felter, der observeres i mange astrofysiske objekter.