Η συνεργασία NANOGrav πρόσφατα κατέγραψε τα πρώτα σημάδια βαρυτικών κυμάτων πολύ χαμηλής συχνότητας (nanohertz). Οι ερευνητές ανέλυσαν τα δεδομένα και, ειδικότερα, εξέτασαν το ενδεχόμενο αν αυτό μπορεί να δείξει μία νέα φυσική πέρα από το καθιερωμένο μοντέλο.
Απεικόνιση της Γης που είναι ενσωματωμένη στον χωροχρόνο και η οποία παραμορφώνεται από τα κύματα βαρύτητας του υπόβαθρου, καθώς και οι επιπτώσεις τους στα ραδιοσήματα που προέρχονται από τα παρατηρούμενα πάλσαρ
Ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό SciPost Physics ( “Ψίθυροι από τη σκοτεινή πλευρά: Αντιμετώπιση της νέας φυσικής με τα δεδομένα NANOGrav” ), αναφέρει ότι το σήμα βαρυτικών κυμάτων πολύ χαμηλής συχνότητας που ανιχνεύτηκε, είναι συνεπές τόσο με τη μετάβαση φάσης στο πρώιμο σύμπαν όσο και με την παρουσία ενός πεδίου από εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια τύπου αξιονίων (ALP). Τα τελευταία θεωρούνται ότι είναι πολλά υποσχόμενα υποψήφια σωματίδια για την σκοτεινή ύλη.
Τα βαρυτικά κύματα ανοίγουν ένα παράθυρο στο πρώιμο σύμπαν. Ενώ το πανταχού παρόν κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων δεν δίνει ενδείξεις για τα πρώτα 280.000 χρόνια του σύμπαντος, παρέχουν κάποιες ματιές για το τι συνέβη κατά τη διάρκεια του Big Bang. «Είναι ακριβώς αυτό το πολύ πρώιμο σύμπαν που είναι τόσο συναρπαστικό για τους φυσικούς σωματιδίων», εξηγεί ο Pedro Schwaller, καθηγητής Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Mainz (JGU). «Τότε ήταν η στιγμή που υπήρχαν τα στοιχειώδη σωματίδια όπως τα κουάρκ και τα γλουόνια, και στη συνέχεια συνδυάζονται μαζί για να σχηματίσουν τα δομικά στοιχεία των ατομικών πυρήνων.»
Το ιδιαίτερο γεγονός με τα βαρυτικά κύματα που η NANOGrav Collaboration εντόπισε για πρώτη φορά είναι ότι έχουν πολύ χαμηλή συχνότητα 10 ^ -8 Hertz, που ισοδυναμεί με περίπου μία ταλάντωση ετησίως. Αυτό οφείλεται στο αντίστοιχο μεγάλο μήκος κύματος, που για να τα ανιχνεύσουμε ο κάθε ανιχνευτής θα πρέπει επίσης να είναι εξίσου μεγάλος. Επειδή ένας τέτοιος ανιχνευτής δεν είναι δυνατόν να γίνει εδώ στη Γη, οι αστρονόμοι στο NANOGrav χρησιμοποιούν απομακρυσμένους πάλσαρ και τα φωτεινά τους σήματα ως τεράστιους ανιχνευτές.
Ο Wolfram Ratzinger περιγράφει το κίνητρο πίσω από τη δουλειά τους: «Παρόλο που μέχρι στιγμής τα δεδομένα μας παρέχουν μόνο μια πρώτη υπόδειξη για την ύπαρξη βαρυτικών κυμάτων χαμηλής συχνότητας, είναι πολύ συναρπαστικό για εμάς να συνεργαστούμε μαζί τους. Αυτό συμβαίνει επειδή τέτοια κύματα θα μπορούσαν να παραχθούν από διάφορες διαδικασίες που συνέβησαν στο πρώιμο σύμπαν. Μπορούμε τώρα να χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα και θα πρέπει ήδη να αποφασίσουμε, ποια από αυτά θα ληφθούν υπόψη και ποια δεν ταιριάζουν καθόλου. “
Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες με έδρα το Μάιντς αποφάσισαν να ρίξουν μια προσεκτική ματιά σε δύο σενάρια που θα μπορούσαν να έχουν προκαλέσει τα παρατηρούμενα κύματα βαρύτητας χαμηλής συχνότητας: Μεταβάσεις φάσης στο πρώιμο σύμπαν και ένα πεδίο σκοτεινής ύλης από εξαιρετικά ελαφριά σωματίδια τύπου αξιονίων (ALPs). Μεταβάσεις φάσης, όπως αυτές συμβαίνουν λόγω της πτώσης της θερμοκρασίας στην αρχέγονη σούπα μετά το Big Bang και έχουν ως αποτέλεσμα τεράστιες αναταράξεις – ωστόσο, όπως η σκοτεινή ύλη δεν καλύπτονται από το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Με βάση τα διαθέσιμα δεδομένα, οι Pedro Schwaller και Wolfram Ratzinger ερμηνεύουν τα αποτελέσματα της ανάλυσής τους με σχετική προσοχή: «Ίσως λίγο πιο πιθανό είναι το σενάριο μετάβασης της πρώιμης φάσης του σύμπαντος». Από την άλλη πλευρά, οι δύο φυσικοί πιστεύουν ότι το γεγονός ότι είναι σε θέση να επεξεργαστούν ορισμένες δυνατότητες με βάση μόνο περιορισμένα δεδομένα, αποδεικνύει το δυναμικό της προσέγγισής τους. “Η δουλειά μας είναι μια πρώτη, αλλά σημαντική εξέλιξη – μας δίνει μεγάλη εμπιστοσύνη ότι με πιο ακριβή δεδομένα μπορούμε να βγάλουμε αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με το μήνυμα που τα βαρυτικά κύματα μας στέλνουν από το πρώιμο σύμπαν.”
«Επιπλέον,» καταλήγει ο Pedro Schwaller, «μπορούμε ήδη να αρχίσουμε να εντοπίζουμε ορισμένα χαρακτηριστικά των σεναρίων αυτών και να θέσουμε περιορισμούς, στην περίπτωσή μας την ισχύ της μετάβασης φάσης και τη μάζα των αξιονίων.»
Πηγή: Johannes Gutenberg University Mainz
