Fale grawitacyjne – co o nich wiemy?
Fale grawitacyjne, zmarszczki w czasoprzestrzeni przewidziane przez Einsteina prawie sto lat temu, zostały wykryte po raz pierwszy w 2015 roku. Nowe badanie wskazuje, że bardzo proste formy materii mogły tworzyć wykrywalne tło fal grawitacyjnych wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Tło fal grawitacyjnych (również GWB i tło stochastyczne) to losowe tło fal grawitacyjnych przenikających Wszechświat, które jest wykrywalne przez eksperymenty fal grawitacyjnych. Sygnał może być z natury losowy lub może być wytwarzany przez niespójną superpozycję dużej liczby słabych niezależnych źródeł fal grawitacyjnych, takich jak supermasywne układy podwójne czarnych dziur.
„Ten mechanizm tworzenia wykrywalnego tła fal grawitacyjnych może rzucić światło na zagadkowy sygnał fal grawitacyjnych wychwycony niedawno przez obserwatoria pulsarów. Może to wpływać na to, że ta sama forma materii może zostać zidentyfikowana jako ciemna materia – tajemnicza substancja uważana za stanowiącą większość masy Wszechświata, która od dziesięcioleci zastanawia naukowców” – mówi Yanou Cui z University of California, Riverside.
Najnowsze badanie naukowców z University of California, Riverside, opublikowane w Physical Review Letters, może wpłynąć na całą fizykę, dzięki lepszemu poznaniu czym są fale grawitacyjne i ich tło.
Jak tłumaczą astronomowie, prostą formą materii jest rodzaj ultralekkiej materii skalarnej. Skalarny oznacza, że materia nie ma wewnętrznej rotacji (spinu) i przypomina bozon Higgsa. Te formy materii są bardzo lekkie, a każda z nich ma masę równą milionowej lub nawet miliardowej części masy elektronu. Ze względu na swoją niezwykła lekkość działają bardziej jak fale niż cząstki i przenikają cały Wszechświat.
Fale grawitacyjne (GW) muszą mieć wystarczająco wysoką intensywność, analogiczną do fal elektromagnetycznych, aby obecne instrumenty stworzone przez człowieka były wystarczająco czułe, aby je uchwycić. Muszą znajdować się również w pasmach częstotliwości, na które ludzka technologia jest wrażliwa – jak dotąd tylko niektóre zakresy częstotliwości GW są możliwe ze względu na ograniczenia technologiczne.
Fale grawitacyjne zostały wygenerowane w czasach, gdy tempo ekspansji Wszechświata było zbliżone do masy pola skalarnego. Po przekroczeniu tego punktu produkcja cząstek zostałaby zatrzymana przez wewnętrzny mechanizm, zdaniem badaczy miało to miejsce sekundy po Wielkim Wybuchu. Znacznie później, ich zdaniem mogło dojść do produkcji fal grawitacyjnych ze źródeł astrofizycznych, takich jak fuzje czarnych dziur, które zaobserwowało Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).
Naukowcy wskazują, że fale grawitacyjne nie oddziałują ze znaną materią w sposób inny niż supersłabe oddziaływanie grawitacyjne. Sygnał prostej formy materii, są sposobem na ich wykrycie. Ale mogą być one również ciemną materią – potencjalnym dowodem na jej na istnienie. Ponieważ oddziałują one z widzialną materią tylko grawitacyjnie. Zdaniem badaczy, gdyby tak się stało i pierwotna prosta forma materii okazała się ciemną materią, mogłoby to zmienić całą fizykę.
Emil Gołoś
