Астрономинайшли докази існування космічних струн

Космологи вважають, що в першу мить усі сили природи були об'єднані. Але в міру розширення й охолодження Всесвіту ця надсила розділилася на окремі складові: гравітацію, електромагнетизм, сильні та слабкі сили.

Згідно з деякими розрахунками, космос остигав настільки швидко, що тканина простору-часу розірвалася, створивши мережу тріщин, заповнених чистою енергією, які простягнулися крізь неосяжний Всесвіт.

Так починається історія походження космічних струн.

Передбачені в 1970-х роках, космічні струни довгий час залишалися недоступними для експериментів. Однак тепер деякі фізики вважають, що їм вдалося виявити перші докази існування гігантських одновимірних структур.

Астрономинайшли докази існування космічних струн"Моя інтуїція підказує, що перші ознаки виглядають дуже багатообіцяючими", - каже Кай Шмітц, фізик-теоретик з європейської лабораторії ЦЕРН.

Однак він зазначив, що належить пройти довгий шлях, перш ніж хтось зможе заявити про відкриття.

"Якщо ми виявимо космічні струни, це буде результат століття", - упевнений Юджин Лім, який досліджує космологію раннього Всесвіту в Королівському коледжі Лондона. Але, цитуючи Карла Сагана, "екстраординарні заяви вимагають екстраординарних доказів", а зараз доказів небагато".

Що таке гравітаційні хвилі? Вчені розкрили нові дані

Нові дані, які свідчать про наявність космічних струн, отримані від NANOGrav, групи астрономів, які уважно стежать за десятками пульсарів.

Ці зірки випромінюють радіохвилі зі своїх полюсів, тож із Землі ми бачимо регулярні спалахи щоразу, коли промені проносяться повз нашу лінію видимості, подібно до спалахів маяка.

Спалахи пульсарів неприродно регулярніНасправді спалахи пульсарів здаються настільки неприродно регулярними, що перший відкритий пульсар був названий LGM-1, що означає "маленькі зелені чоловічки".

Пульсари - найточніші космічні хронометри. Тому, коли їхні сплески спотворюються, фізики розуміють - щось не так.

Зокрема, дослідники шукають спотворення, спричинені гравітаційними хвилями - пульсаціями в просторі-часі, що, проходячи через подібні зірки, змінюють плин часу.

Утім, гравітаційні хвилі можуть виникати внаслідок тремтіння космічних струн, зіткнень надмасивних чорних дір або інших бурхливих космічних процесів.

Останній аналіз NANOGrav, опублікований 9 вересня, об'єднує понад 12 років спостережень за десятками пульсарів з радіотелескопів, розташованих по всій Північній Америці.

Робота все ще перебуває на рецензуванні, проте є натяки, що "щось" спотворює сплески, які випускають усі пульсари, однаково і з частотами, які очікуються від гравітаційних хвиль. Залишається ймовірність того, що ми маємо справу з якимось невідомим, загальним джерелом шуму.

Теоретики вже почали будувати здогади про природу сигналу NANOGrav, незважаючи на те, що він не має димової характеристики, яка б довела, що це гравітаційні хвилі.

Буде потрібно більше даних про пульсари, перш ніж вчені зможуть сказати, чи є у них необхідна астрофізикам ознака.

"Ми не можемо сказати напевно, шум це чи сигнал гравітаційної хвилі", - пояснює Альберто Сезана, колишній голова Міжнародного масиву синхронізації пульсарів, консорціуму проєктів, що включає NANOGrav.

Фізики і теорія струн

Стаття NANOGrav викликала особливо бурхливу реакцію серед фізиків, які працюють над теоріями струн.

Це називається гонитвою за швидкою допомогою... усі намагаються випустити першу статтю", - іронізує Шмітц, який обговорив новину зі своїм колегою Сімоне Блазі.

RCW 86: залишок наднової

Фото: Facebook
RCW 86: залишок наднової

 

За кілька днів вони опублікували статтю, написану у співавторстві з Ведраном Брдаром, де стверджувалося, що отримані дані можна інтерпретувати як породження космічних струн, якщо вони справді існують і виникли, коли у Всесвіті була певна надвисока температура.

За словами Шмітца, температура "завжди нагадуватиме про себе" фізикам, оскільки саме за неї, як вважається, відбулося об'єднання сильних, слабких та електромагнітних сил.

Після Великого вибуху єдина суперсила розділилася на звичні нам сили природи, пройшовши через серію фазових переходів, подібно до того, як рідка вода замерзає в лід.

Цей безсистемний процес міг створити космічні струни у вигляді тріщин у просторі-часі, подібних до тих тріщин, які спостерігаються всередині кубиків льоду.

Всесвіт розширювався, космічні струни росли разом із ним. Але час від часу вони складалися самі по собі і стикалися з іншими струнами, внаслідок чого петлі розривалися у вигляді сплесків енергії. Саме вони "мерехтять" протягом мільярдів років, поступово втрачаючи енергію, оскільки випромінюють гравітаційні хвилі.

"Дуже схоже на те, як якби ви збуджували струну скрипки", - стверджує Шмітц.

Теоретично вібруючі петлі створюють сигнал гравітаційних хвиль, який спостерігає NANOGrav.

Уточнимо, що такий сигнал не помітний для LIGO, гравітаційно-хвильової обсерваторії, яка спостерігає за зіткненнями чорних дір і нейтронних зірок.

Якщо це так, тоді виходить, що фізики відкрили двері для первісних фазових переходів.

Інша, більш спекулятивна можливість полягає в тому, що космічні струни можуть походити від крихітних вібруючих об'єктів, пропонованих теорією струн. Деякі моделі припускають, що вони могли вирости до колосальних розмірів під час початкового швидкого розширення.

Відмінності в натягу і в тому, як розриваються струнні петлі, могли б створити унікальну гравітаційно-хвильову сигнатуру, відмінну їх від інших видів.

Водночас Джон Елліс, фізик частинок із Королівського коледжу, сумнівається, що нові дані є доказом теорії струн.

"Якщо дозволите вираз, я думаю, що це було б дуже великою натяжкою".

Сигнал NANOGrav може виходити від надмасивних чорних дір

Як альтернатива: гравітаційно-хвильовий сигнал NANOGrav може виходити від надмасивних чорних дір.

Майже кожна велика галактика, включно з Чумацьким Шляхом, має у своєму центрі надмасивну чорну діру, яка важить у мільйони або мільярди разів більше за Сонце. Якщо дві галактики зливаються, їхні чорні діри починають обертатися одна навколо одної, створюючи гравітаційні хвилі по спіралі.

Надмасивні злиття чорних дір ніколи не спостерігалися.

"Нас бентежить те, що ми поняття не маємо, чи зливаються вони. Зяюча діра в наших знаннях", - каже Дженні Грін, астроном із Прінстонського університету.

"Чи мине мільярд років, чи для їхнього злиття потрібен час, близький до віку Всесвіту?".

NanoGravУ статті, опублікованій 16 вересня, Елліс і його колеги вказують, що форма сигналу NANOGrav більше схожа на те, що очікується від космічних струн, ніж від надмасивних чорних дір.

"Дані, схоже, віддають перевагу інтерпретації космічних струн, але не значною мірою", - каже Елліс.

Інші дослідники також обережні.

"Особисто для мене найправильніше було б сісти і почекати нових даних. Але, знаєте, ми всі нетерплячі", - каже Лім.

Поряд із NANOGrav, Європейська система синхронізації пульсарів і система синхронізації пульсарів Паркса в Австралії свого часу оприлюднили власні дані.

Новий 500-метровий телескоп FAST у Китаї та масив телескопів MeerKAT у Південній Африці об'єднують зусилля в міжнародній роботі з пошуку гравітаційних хвиль за допомогою пульсарів, стверджує Сезана.

"Ми всі разом працюємо над збором і аналізом даних, щоб зміцнити впевненість у тому, що вони є".

Поділитися:

Написати коментар