Teorien foreslår, at LIGO/Jomfru sorte huller stammer fra en førsteordens faseovergang

Et par år siden, LIGO/Virgo-samarbejdet detekterede gravitationsbølger opstået fra en binær sort hul-fusion ved hjælp af de to detektorer fra Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Dette førte til sidst til observation af sorte huller med masser, der er omtrent 30 gange solens masse. Siden da, forskere verden over har undersøgt disse sorte huller, specifikt at undersøge, om de kunne være af primordial oprindelse, hvilket betyder, at de blev produceret i det tidlige univers, før stjerner og galakser blev dannet.

Hooman Davoudiasl, en teoretisk fysiker ved Brookhaven National Laboratory i New York, har for nylig introduceret en ny teori, der tyder på, at de sorte huller, der blev observeret af LIGO/Virgo -samarbejdet, stammer fra en overgang fra første ordens kvarkindespærring. I hans papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , Davoudiasl implementerede denne idé ved hjælp af en lys skalar, der kunne vise sig at være en god kandidat til mørkt stof.

Nylige påvisninger fra LIGO/Virgo-samarbejdet tyder på, at der er flere sorte huller, der har lignende masser (ca. 30 solmasser). Dette tyder på, at der kan være en population af sorte huller, der er karakteriseret ved en typisk masseværdi.

"Denne befolkning kan være forbundet med stjerneudvikling og visse astrofysiske forhold, men en primordial oprindelse kunne også være en potentiel forklaring, "Hooman Davoudiasl, den forsker, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Denne sidste mulighed er ret spændende, men hvordan sådanne objekter kan dannes i det tidlige univers er et åbent spørgsmål."

En mekanisme, der potentielt kan føre til produktionen af ​​primordiale sorte huller (PBH) er en brat kosmologisk faseovergang, hvilket minder lidt om overgangen fra damp til væske, der sker, når vand kondenserer på en kold overflade. Et eksempel på denne faseovergang i det tidlige univers kunne være afkøling af varmt plasma bestående af kvarker og gluoner, som kunne være sket, da universet udvidede sig, og de begyndte at binde sig til protoner og neutroner.

Ifølge nuværende fysikteorier, imidlertid, der er to nøgleproblemer med dette scenarie. For det første, overgangen ville ikke være pludselig, og for det andet det ville højst sandsynligt føre til produktion af PBH'er med en masse svarende til solens, i stedet for masser 10 eller flere gange større.

"I mit papir, Jeg satte mig for at undersøge under hvilke yderligere forudsætninger, fra endnu ukendte fænomener, ovenstående billede kan ændre sig på en måde, der er befordrende for en "ur"-forklaring af sorte hul-populationen observeret af LIGO/Jomfruen, "Sagde Davoudiasl.

Forklaringen, han foreslog, er baseret på en langvarig teoretisk konstruktion, der antyder, at hvis der er tre eller flere lyskvarker, overgangen fra det varme kvark-gluon plasma til nukleare partikler kunne, faktisk, være brat. Den nuværende fysiske standardteori, der er blevet grundigt testet, imidlertid, anfører, at i dette scenarie, kun to kvarker er tilstrækkeligt lette; dermed, overgangen ville ikke være brat (dvs. det ville ikke være en førsteordens faseovergang).

"Min idé var at se, hvordan man kan sørge for, at denne situation ændrer sig i det tidlige univers, så overgangen er pludselig, men gendanne standardbilledet senere, svarende til veletablerede nuværende eksperimentelle data, " forklarede Davoudiasl.

Davoudiasl ønskede i det væsentlige at vise, at under visse betingelser svarende til nye fysiske ingredienser, tre eller flere lette kvarker kunne, faktisk, har været til stede i det tidlige univers, mens overgangen til nukleart stof fandt sted. Dette ville i sidste ende medføre en førsteordens faseovergang, muliggør produktion af PBH med masser svarende til dem, der observeres ved LIGO/Virgo -samarbejdet.

"Mit forslag sørger for, at kvarkerne når de masser, som vi observerer i dag bagefter, " sagde Davoudiasl. "Men, interessant nok, ved at gøre antallet af lyskvarker større, man skubber også masserne af de PBH'er, der kunne produceres, til større værdier, tættere på den for befolkningen observeret af LIGO/Jomfruen."

Ideen introduceret af Davoudiasl i hans nylige papir kunne forklare produktionen af ​​PBH'erne observeret af LIGO/Virgo-teamet. Ud over, det kunne kaste lys over, hvorfor deres masser er større, end hvad man kunne forvente baseret på nuværende fysiksteorier.

"At gøre overgangen brat på den måde, jeg foreslog, letter ikke kun produktionen af ​​PBH'er, men gør også deres forventede masser tungere, nærmer sig dem, der observeres af LIGO/Jomfruen gennem gravitationsbølger, " tilføjede Davoudiasl. "Også, mit forslag anvender en meget let hypotetisk partikel, hvis dynamik styrer variationen af ​​kvarkmasser fra meget lille til deres observerede værdier i dag."

Interessant nok, det hypotetiske "lysfelt", der betragtes i Davoudiasls teori, kan have de rigtige egenskaber til at være universets mørke stof, som utallige forskere har undersøgt og søgt efter. Faktisk, de sorte huller observeret af LIGO/Virgo-samarbejdet kan kun stå for en lille brøkdel af mørkt stof, på grund af forskellige begrænsninger.

"Det generelle emne for ikke-standardiserede kosmologier er værd at tænke nærmere over, "Sagde Davoudiasl." Ændring af nogle af vores sædvanlige antagelser om det tidlige univers kan potentielt føre til ny indsigt om åbne spørgsmål inden for fysik og kosmologi. "

© 2019 Science X Network