Gamle signaler fra det tidlige univers

For første gang, teoretiske fysikere fra universitetet i Basel har beregnet signalet fra specifikke gravitationsbølgekilder, der opstod brøkdele af et sekund efter Big Bang. Kilden til signalet er et for længst tabt kosmologisk fænomen kaldet "oscillon". Journalen Fysisk gennemgangsbreve har offentliggjort resultaterne.

Selvom Albert Einstein allerede havde forudsagt eksistensen af ​​gravitationsbølger, deres eksistens blev faktisk ikke bevist før efteråret 2015, når meget følsomme detektorer modtog bølgerne dannet under sammensmeltningen af ​​to sorte huller. Gravitationsbølger er forskellige fra alle andre kendte bølger. Når de rejser gennem universet, de krymper og strækker rum-tid kontinuum; med andre ord, de forvrænger selve rummets geometri. Selvom alle accelererende masser udsender gravitationsbølger, disse kan kun måles, når massen er ekstremt stor, som det er tilfældet med sorte huller eller supernovaer.

Gravitationsbølger transporterer information fra Big Bang

Imidlertid, gravitationsbølger giver ikke kun information om større astrofysiske begivenheder af denne art, men giver også et indblik i dannelsen af ​​selve universet. For at lære mere om denne fase af universet, Prof. Stefan Antusch og hans team fra Institut for Fysik ved Universitetet i Basel forsker i, hvad der er kendt som den stokastiske baggrund for gravitationsbølger. Denne baggrund består af gravitationsbølger fra et stort antal kilder, der overlapper hinanden, tilsammen giver et bredt spektrum af frekvenser. De Basel-baserede fysikere beregner forudsagte frekvensområder og intensiteter for bølgerne, som så kan testes i forsøg.

Et stærkt komprimeret univers

Kort efter Big Bang, universet vi ser i dag var stadig meget lille, tæt, og varmt. "Forestil dig noget om størrelsen af ​​en fodbold, " forklarer Antusch. Hele universet blev komprimeret i dette meget lille rum, og det var ekstremt turbulent. Moderne kosmologi antager, at universet på det tidspunkt var domineret af en partikel kendt som inflatonen og dets tilhørende felt.

Oscilloner genererer et kraftigt signal

Inflatonet gennemgik intensive udsving, som havde særlige egenskaber. De dannede klumper, for eksempel, får dem til at oscillere i lokale områder af rummet. Disse områder omtales som oscilloner og kan forestilles som stående bølger. "Selvom oscillonerne for længst er ophørt med at eksistere, gravitationsbølgerne, de udsendte, er allestedsnærværende - og vi kan bruge dem til at se længere ind i fortiden end nogensinde før, " siger Antusch.

Ved hjælp af numeriske simuleringer, den teoretiske fysiker og hans team var i stand til at beregne formen af ​​oscillonens signal, som blev udsendt kun brøkdele af et sekund efter Big Bang. Den fremstår som en udtalt top i det ellers ret brede spektrum af gravitationsbølger. "Vi ville ikke have troet før vores beregninger, at oscilloner kunne producere et så stærkt signal ved en bestemt frekvens, " forklarer Antusch. Nu, i et andet trin, eksperimentelle fysikere skal faktisk bevise signalets eksistens ved hjælp af detektorer.