Хотя Альберт Эйнштейн уже предсказал существование гравитационных волн, их существование не было фактически доказано до осени 2015 года, когда высокочувствительные детекторы приняли волны, образовавшиеся при слиянии двух черных дыр. Гравитационные волны отличаются от всех других известных волн.
Путешествуя по вселенной, они сжимаются и растягивают пространственно-временной континуум; другими словами, они искажают геометрию самого пространства. Хотя все ускоряющиеся массы излучают гравитационные волны, их можно измерить только тогда, когда масса чрезвычайно велика, как в случае с черными дырами или сверхновыми звездами.Гравитационные волны переносят информацию от Большого взрываОднако гравитационные волны не только предоставляют информацию об основных астрофизических событиях такого рода, но также дают представление о формировании самой Вселенной.
Чтобы узнать больше об этой стадии Вселенной, профессор Стефан Антуш и его команда из физического факультета Базельского университета проводят исследования так называемого стохастического фона гравитационных волн. Этот фон состоит из гравитационных волн от большого количества источников, которые перекрываются друг с другом, что вместе дает широкий спектр частот. Физики из Базеля вычисляют предсказанные частотные диапазоны и интенсивности волн, которые затем могут быть проверены в экспериментах.
Сильно сжатая вселеннаяВскоре после Большого взрыва Вселенная, которую мы видим сегодня, все еще была очень маленькой, плотной и горячей. «Представьте себе что-нибудь размером с футбольный мяч», — объясняет Антуш. Вся вселенная была сжата в это очень маленькое пространство, и оно было чрезвычайно неспокойным.
Современная космология предполагает, что в то время во Вселенной доминировала частица, известная как инфлатон, и связанное с ней поле.Осциллоны генерируют мощный сигналИнфлатон претерпевал интенсивные колебания, имевшие особые свойства. Например, они образовывали сгустки, заставляя их колебаться в локализованных областях пространства.
Эти области называются осциллонами и могут быть представлены как стоячие волны. «Хотя осциллоны давно перестали существовать, излучаемые ими гравитационные волны вездесущи, и мы можем использовать их, чтобы заглянуть в прошлое глубже, чем когда-либо прежде», — говорит Антуш.Используя численное моделирование, физик-теоретик и его команда смогли вычислить форму сигнала осциллона, который был испущен через доли секунды после Большого взрыва.
Он выглядит как ярко выраженный пик в довольно широком спектре гравитационных волн. «До наших расчетов мы не могли подумать, что осциллоны могут производить такой сильный сигнал на определенной частоте», — объясняет Антуш. Теперь, на втором этапе, физики-экспериментаторы должны фактически доказать существование сигнала с помощью детекторов.