Fale grawitacyjne mogą pokazać początek istnienia Wszechświata

Astronomowie mogą zaobserwować światło z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 380 tysięcy lat, jednak nie wcześniej. Nie jest możliwe zbadanie pierwszych chwil jego istnienia za pomocą widma elektromagnetycznego, jednak fale grawitacyjne mogą pokazać, jak wyglądał kosmos tuż po Wielkim Wybuchu.

Astronomowie rutynowo badają wszechświat przy użyciu różnych długości fal widma elektromagnetycznego, od dobrze znanego światła widzialnego, przez fale radiowe i podczerwień, aż po promienie gamma. Istnieje jednak pewien problem z badaniem Wszechświata za pomocą widma elektromagnetycznego, ponieważ pozwala ono zobaczyć tylko światło z czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 380 tysięcy lat. Alternatywnym podejściem jest wykorzystanie fal grawitacyjnych, które, jak uważają naukowcy, były obecne we wczesnym okresie trwania rzeczywistości i mogą pozwolić sięgnąć jeszcze dalej wstecz.

Koncepcja fal grawitacyjnych zdaniem naukowców jest dość prosta. Należy wyobrazić sobie przestrzeń kosmiczną jako ogromne morze. Ruch dowolnego obiektu w nim spowoduje falowanie, które rozprzestrzenia się po tafli wody. Fale grawitacyjne są jak zmarszczki w przestrzeni spowodowane ruchem obiektów. Albert Einsteina przewidział ich istnienie w 1916 roku, w swojej ogólnej teorii względności.

Obserwatorium LIGO-Virgo wykryło pierwsze fale grawitacyjne 15 września 2015 r., wówczas przestały być tylko teorią. Pierwsze z nich wykryte przez ludzkość powstały wyniku połączenia się dwóch czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca w odległości 1,3 miliarda lat świetlnych. Od tego czasu dokonano ponad 100 detekcji.

Badacze Rishav Roshan i Graham White z University of Southampton twierdzą, że wykorzystując fale grawitacyjne, będą mogli zbadać najwcześniejsze momenty Wszechświata. We wczesnych momentach formowania się przestrzeń kosmiczna była nieprzezroczysta, ponieważ wszechświat był pełen zjonizowanego gazu i promieniowanie elektromagnetyczne nie mogły się przez niego przedostać. To właśnie tę barierę Roshan i White uważają za możliwą do pokonania dzięki falom grawitacyjnym. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Naukowcy proponują trzy główne strategie wykrywania fal grawitacyjnych: tablice czasowe pulsarów, astrometrię i interferometrię. Techniki te są podobne do siebie i opierają się na falach grawitacyjnych zakłócających przestrzeń pomiędzy elementami kosmicznego systemu. W przypadku interferometru zakłócenie przestrzeni między optyką systemu ujawnia fale grawitacyjne, w matrycach pulsarów zmienność czasów impulsów ze znanych systemów pulsarów zdradza ich obecność, a w technice astrometrycznej niewielkie zmiany prędkości kątowej obiektu docelowego ujawniają obecność fal.

Od czasu ich odkrycia fale grawitacyjne dostarczyły bezcennych informacji na temat wydarzeń w odległych zakątkach Wszechświata. Naukowcy twierdzą, że można je będzie również wykorzystać do odkrycia niektórych tajemnic nie tylko w przestrzeni, ale i w czasie. Aby umożliwić pełniejsze zrozumienie rzeczywistości poza Modelem Standardowym (który został opracowany w latach siedemdziesiątych XX wieku i określa, jak zachowuje się materia, biorąc pod uwagę cztery podstawowe siły: silną, słabą, elektromagnetyczną i grawitację), wydaje się, że fale grawitacyjne mogą być kluczem.

Emil Gołoś