Το 2023, οι φυσικοί ένιωσαν δέος όταν βρήκαν σχεδόν ανεπαίσθητους κυματισμούς στον ιστό του χωροχρόνου. Ήταν κυματισμοί που ανακαλύφθηκαν σε συνδυασμό με συλλογές ταχέως περιστρεφόμενων αστέρων νετρονίων που ονομάζονται «συστοιχίες χρονισμού πάλσαρ».
Αυτό το βουητό χαμηλής συχνότητας υποβάθρου των βαρυτικών κυμάτων στο σύμπαν μας αρχικά αποδόθηκε σε μια μετάβαση φάσης, η οποία συνέβη λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ωστόσο, νέα έρευνα θέτει υπό αμφισβήτηση αυτή την υπόθεση.
Αμφισβήτηση στη θεωρία για την προέλευση των βαρυτικών κυμάτων
«Οι θεωρητικοί και οι πειραματιστές είχαν υποθέσει ότι τα βαρυτικά κύματα νανοχερτς προήλθαν από μια γνωστή μετάβαση που συνέβη πολύ σύντομα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη – μια αλλαγή που δημιούργησε τις μάζες όλων των γνωστών θεμελιωδών σωματιδίων», αναφέρει ο Andrew Fowlie, επίκουρος καθηγητής στο Xi’an Jiaotong-Liverpool Πανεπιστήμιο.
«Ωστόσο, η δουλειά μας αποκαλύπτει σοβαρά προβλήματα με αυτήν την κατά τα άλλα ελκυστική εξήγηση της προέλευσής τους».
Σημαντικές παρατηρήσεις για τη μετάβαση φάσης
Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι μια μετάβαση φάσης πρώτης τάξης συνέβη στην αρχή του χρόνου, προκαλώντας την εκτόξευση βαρυτικών κυμάτων ή κυματισμών στον χωροχρόνο.
Αυτά τα κύματα, πιστεύουν οι ειδικοί, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό των συνθηκών που υπήρχαν κατά την πρώτη εποχή στο σύμπαν μας, ή ίσως ακόμη και των συνθηκών που υπήρχαν πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Το πρόβλημα με τις υποθέσεις σχετικά με τη μετάβαση φάσης
Η έννοια των βαρυτικών κυμάτων χρονολογείται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915. Η θεωρία αυτή προβλέπει ότι τα αντικείμενα με μάζα έχουν μια επίδραση στρέβλωσης στον ίδιο τον ιστό του χωροχρόνου. Η φυσική μας εμπειρία της βαρύτητας προκύπτει από αυτήν τη στρέβλωση.
Η γενική σχετικότητα υποδηλώνει επίσης ότι όταν τα αντικείμενα επιταχύνονται, δημιουργούν κυματισμούς στον χωροχρόνο – γνωστά και ως βαρυτικά κύματα. Αν και αυτό το φαινόμενο είναι αμελητέο όταν πρόκειται για την επιτάχυνση αντικειμένων στη Γη, γίνεται σημαντικό όταν περιλαμβάνει κοσμικά αντικείμενα όπως υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και αστέρες νετρονίων.
Διαφορετική πηγή για τα νανοχερτζ βαρυτικά κύματα
Τα βαρυτικά κύματα που ανιχνεύθηκαν από τη συστοιχία χρονισμού πάλσαρ του Παρατηρητηρίου Nanohertz (NANOGrav) τον Ιούνιο του 2023 είναι χαμηλότερα σε συχνότητα από τα βαρυτικά κύματα που προέρχονται από συγχωνεύσεις υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και αστέρων νετρονίων που ανιχνεύονται συνήθως από το Παρατηρητήριο Gravitational Wave Interferometer Laser (LIGO), VIRGO και KAGRA.
Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει διαφορετική πηγή για αυτά τα βαρυτικά κύματα νανοχερτς χαμηλής συχνότητας. Ο κύριος ύποπτος; Μια μετάβαση φάσης αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η σημασία της νέας έρευνας και το μέλλον των μελετών
«Διαπιστώσαμε ότι για να έχουμε κύματα με τόσο μικροσκοπικές συχνότητες, η μετάβαση θα πρέπει να είναι εξαιρετικά δροσερή», εξήγησε ο Fowlie. Ωστόσο, τέτοιες κοσμικές υπερψυχρές μεταβατικές φάσεις θα ήταν κάπως απροσδόκητες κατά την περίοδο του γρήγορου κοσμικού πληθωρισμού που προκλήθηκε από τη Μεγάλη Έκρηξη.
Η έρευνα της ομάδας συζητείται σε ένα άρθρο που δημοσιεύεται στο περιοδικό Physical Review Letters.