Исследователь обсуждает, как гравитационные волны намекают на темную материю и тайны Большого взрыва

Гравитационные волны, рябь в пространстве-времени, предсказанная Эйнштейном почти столетие назад, были впервые обнаружены в 2015 году. Новое исследование под руководством Яноу Цуй, доцента физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде, сообщает, что очень простые формы материи могут создавать обнаруживаемые фоновые гравитационные волны вскоре после Большого взрыва.

«Этот механизм создания обнаруживаемых гравитационно-волновых фонов может пролить свет на загадочный гравитационно-волновой сигнал, недавно зафиксированный обсерваториями пульсарного хронометража», — сказал Куй. «Другое захватывающее следствие заключается в том, что та же самая форма материи может быть идентифицирована как темная материя, таинственная субстанция, которая, как полагают, составляет большую часть массы Вселенной, и которая десятилетиями озадачивала ученых».

Изучение, опубликовано в Письма физического осмотрапрокладывает путь к открытию новой фундаментальной физики с использованием крупнейшей лаборатории: самой вселенной. В следующем разделе вопросов и ответов Куй отвечает на несколько вопросов об исследовании.

Что это за очень простые формы материи?

Простая форма материи — это тип сверхлегкой скалярной полевой материи. Скалярный означает, что материя не имеет внутреннего вращения (спина), и он напоминает бозон Хиггса. Эти формы материи очень легкие, каждая с массой в миллионную или даже миллиардную часть массы электрона. Из-за своей очень малой массы они ведут себя скорее как волны, чем как частицы, и они пронизывают вселенную, мухомор пантерный краснодар.

Гравитационные волны (ГВ) должны иметь достаточно высокую интенсивность, аналогичную электромагнитным волнам, чтобы текущие эксперименты были достаточно чувствительными для их захвата. Кроме того, они должны находиться в диапазонах частот, к которым чувствительны эти эксперименты; до сих пор из-за технологических ограничений можно обнаружить только определенные диапазоны частоты ГВ.

Эти простые формы материи генерируют обнаруживаемый радиационный фон гравитационных волн вскоре после Большого взрыва и больше никогда?

Да, ГВ генерируются в эпоху, когда скорость расширения Вселенной составляет около массы скалярного поля. Она остановится после этой точки, поскольку производство частиц будет прекращено в какой-то момент внутренним механизмом. Когда я говорю вскоре после Большого взрыва, это все еще доля секунды после этого. Значительно позже Большого взрыва может быть производство ГВ из астрофизических источников, таких как слияния черных дыр, которые наблюдала Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория.

Почему эти простые формы материи не были известны до сих пор?

Они не взаимодействуют с известной материей иными способами, кроме сверхслабого гравитационного взаимодействия. Сигнал гравитационной волны, который мы продемонстрировали, является способом их обнаружения. Но если они являются темной материей, мы знали о них из общих свидетельств темной материи. Опять же, поскольку они взаимодействуют только с видимой материей гравитационно, что очень слабо, мы не знали о них многого раньше.

Вы говорите, что было бы волнительно идентифицировать эту простую форму материи как темную материю. Это потому, что мы наконец узнаем, из чего состоит темная материя?

Да, это один из основных моментов. Но также, крайне нетривиально производить обнаруживаемые ГВ, и мы обнаружили, что простая форма материи, возможно, темная материя, может производить такие ГВ — значительное теоретическое достижение. Кроме того, как упоминалось ранее, загадочное открытие синхронизации пульсара в прошлом году можно объяснить этим механизмом.