Teoria neprobată a Einstein a „memoriei gravitaționale” poate fi reală până la urmă, noile indicii de studiu

O echipă de fizicieni teoretici a propus o nouă modalitate de a testa una dintre cele mai interesante predicții ale teoriei lui Einstein despre relativitate generală: memorie gravitațională.

Acest efect se referă la o schimbare permanentă a țesăturii universului cauzată de trecerea ondulării spațiului-timp cunoscute sub numele de unde gravitaționale. Deși aceste valuri au a fost deja detectat Prin observatori precum interferometrul laser Observatorul de unde gravitaționale (LIGO) și interferometrul VIRGO, amprenta persistentă a undelor rămâne evazivă.

Cercetătorii sugerează că fundalul cu microunde cosmic – o strălucire slabă rămasă de la Big bang – S -ar putea să poarte semnăturile undelor gravitaționale puternice din fuziunile cu gauri negre îndepărtate. Studierea acestor semnale nu a putut doar să confirme predicția lui Einstein, ci și să arunce lumină asupra unora dintre cele mai energice evenimente din istoria universului.

„Observarea acestui fenomen ne poate oferi mai multe cunoștințe despre diferite domenii ale fizicii” Miquel Miravet-Tenésa declarat pentru Live Science, un student de doctorat la Universitatea din Valencia și un coautor al studiului. „Întrucât este o predicție directă a teoriei relativității generale a lui Einstein, observația ei ar servi drept confirmare a teoriei, la fel ca observarea undelor gravitaționale de către Ligo, Fecioara și Kagra [the Kamioka Gravitational Wave Detector] A făcut! De asemenea, poate fi utilizat ca instrument suplimentar pentru a studia unele scenarii astrofizice, deoarece poate conține informații despre tipul de evenimente care generează memorie, cum ar fi supernovele sau gaură neagră coliziuni. „

Cum undele gravitaționale lasă un semn pe cosmos

Conform relativității generale, obiectele masive de deformare spațiu-timp pot genera ondulări care călătoresc în univers la viteza luminii. Aceste unde gravitaționale apar atunci când corpurile masive accelerează, cum ar fi atunci când două găuri negre spirală spre interior și îmbină.

Spre deosebire de undele obișnuite care trec prin materie și o lasă neschimbată, undele gravitaționale pot modifica permanent structura spațiului în sine. Aceasta înseamnă că orice obiecte prin care trec, inclusiv particule elementare de lumină cunoscute sub numele de fotonipoate experimenta o schimbare durabilă a vitezei sau a direcției. Drept urmare, lumina care se deplasează pe cosmos ar putea purta o amintire a evenimentelor de unde gravitaționale din trecut imprimate în proprietățile sale.

Înrudite: „Ecuațiile lui Einstein trebuie rafinate”: modificările la relativitatea generală ar putea explica în sfârșit ce se află în centrul unei gauri negre

Cercetătorii au explorat dacă acest efect ar putea fi observat în fondul cosmic cu microunde – un câmp de radiații pentru relicvă care a călătorit prin spațiu, deoarece universul a fost doar o fracțiune din procent din vârsta actuală. Schimbările subtile ale temperaturii acestei radiații ar putea ține indicii despre undele gravitaționale din fuziunile antice ale găurilor negre.

„Putem învăța o mulțime de lucruri”, ” Kai Hendriksun doctorat la Institutul Niels Bohr de la Universitatea din Copenhaga și un alt coautor al studiului, a declarat Live Science într-un e-mail. „De exemplu, măsurarea memoriei gravitaționale într -un semnal de undă gravitațională ne oferă mai multe informații despre proprietățile celor două găuri negre care au produs acest semnal; cât de grele erau acele găuri negre sau cât de departe sunt de noi.”

Dar implicațiile se extind dincolo de fuziunile individuale ale găurilor negre. Dacă amprenta memoriei gravitaționale poate fi detectată pe fundalul microundelor cosmice, ar putea dezvălui dacă găurile negre supermasive s -au contopit mai frecvent în universul timpuriu decât în ​​prezent. Acest lucru ar putea oferi o perspectivă nouă asupra modului în care galaxiile și găurile negre au evoluat pe parcursul timpului cosmic.

Măsurarea amprentei

Pentru a determina dacă efectul de memorie ar putea fi detectat, echipa a calculat modul în care fuziunile cu gauri negre influențează fundalul microundelor cosmice. Analiza lor a arătat că aceste evenimente violente ar trebui să lase în urmă modificări măsurabile ale radiațiilor de fundal, cu puterea semnalului în funcție de cât de masive au fost găurile negre și cât de frecvent au avut loc astfel de fuziuni de -a lungul istoriei.

„Lungimea de undă a luminii este direct legată de temperatura sa – lungimea de undă mică înseamnă temperatură ridicată și lungimea de undă mare înseamnă temperatură scăzută,” David O’Neilla declarat un student doctorat la Niels Bohr Institute și un alt coautor al studiului, a declarat Live Science într-un e-mail. „O parte din lumina afectată de memoria undelor gravitaționale devine„ mai caldă ”, în timp ce o parte din cealaltă lumină devine„ mai rece ”. Regiunile luminii fierbinți și reci formează un fel de model pe cer.

Deși telescoapele actuale care sunt capabile să detecteze radiații cu microunde, cum ar fi satelitul Planck, au cartografiat fundalul cu microunde cosmic în detalii rafinate, schimbările de temperatură cauzate de memoria de undă gravitațională sunt extrem de mici – de ordinul unui trimestru. Acest lucru le face dificil de observat cu tehnologia existentă. Cu toate acestea, telescoapele viitoare cu o sensibilitate mai mare pot fi capabile să detecteze aceste distorsiuni subtile, oferind un nou mod de a sonda influențele gravitaționale invizibile care au modelat universul.

Rafinarea modelelor pentru teste viitoare

În timp ce studiul demonstrează că memoria undelor gravitaționale ar trebui să lase o urmă în fondul cosmic cu microunde, cercetătorii recunosc că calculele lor s -au bazat pe presupuneri simplificate. Mai multe modele rafinate vor fi necesare înainte de a se face predicții definitive.

De exemplu, echipa a presupus inițial că toate găurile negre care fuzionează au aceeași masă, în timp ce, în realitate, masele lor pot varia semnificativ. Găurile negre supermasive variază de la câteva milioane la Zeci de miliarde de ori Masa Soareluiceea ce înseamnă că influența lor pe fundalul microundelor cosmice va diferi, de asemenea. Contabilitatea acestei variații va fi importantă în studiile viitoare.

„În momentul de față, efectul pe care îl studiem este incredibil de subtil. Cu toate acestea, este posibil ca în anumite regiuni ale cerului, să fie neașteptat de puternic”, a spus Hendriks. „Pentru a explora acest lucru, avem nevoie de modele mai avansate care să țină cont de întreaga evoluție a universului. Deci nu este o sarcină ușoară! Dar acest lucru ne -ar putea apropia de detectarea acestei amprente cosmice și de a descoperi noi perspective asupra evoluției universului.”

Andrey și -a luat B.Sc. și M.Sc. grade în fizica particulelor elementare de la Universitatea de Stat din Novosibirsk din Rusia și un doctorat. În teoria șirurilor de la Institutul de Știință Weizmann din Israel. Lucrează ca scriitor științific, specializat în fizică, spațiu și tehnologie. Articolele sale au fost publicate în AdvancedscienceNews, Physicsworld, Ştiinţăși alte puncte de vânzare.