Хвилі Великого вибуху можуть змінити наше уявлення про Всесвіт: ось чому

У перші миті Великого вибуху весь космос заповнили первинні гравітаційні хвилі, які, як вважається, існують і зараз, через 13,8 млрд років після появи. Щоб виявити ці хвилі, будуть потрібні найчутливіші прилади, але якщо їх буде виявлено, вони змінять наше розуміння Всесвіту. Про це пише в статті для Space астрофізик Пол Саттер.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Ейнштейн і гравітаційні хвилі

У 1916 році Альберт Ейнштейн виявив, що його загальна теорія відносності передбачає існування гравітаційних хвиль. Це пульсації в тканині простору-часу, які створюють будь-які об'єкти, що мають маси і які рухаються з прискоренням. Але гравітація є найслабшою з відомих взаємодій, а гравітаційні хвилі ще слабші. Тому, хоча ідея гравітаційних хвиль була цікавою, Ейнштейн вважав, що їх неможливо виявити.

І все ж у 2015 році за допомогою детектора LIGO вчені вперше виявили гравітаційні хвилі, які виникли внаслідок злиття чорних дір. Попри дуже слабку силу цих гравітаційних хвиль у момент їхнього виявлення, вони були надзвичайно сильними в момент свого народження. Злиття чорних дір виділяє колосальну кількість енергії. Менш ніж за секунду виділяється стільки ж енергії, скільки могла б виділити вся маса Сонця, якби її було перетворено на чисту енергію.

Енергія, що вивільняється, абсолютно невидима і перебуває виключно у формі гравітаційних хвиль. Але якими б потужними не були ці явища, це не найсильніші гравітаційні хвилі, створені у Всесвіті.

Загадкова космічна інфляція

Учені вважають, що в перші миті Великого вибуху, менш ніж через частку секунди після початку існування Всесвіту, космос пережив вражаючу трансформацію. Він збільшився на кілька порядків. Це можна порівняти з тим, як якщо б ваше тіло за частку секунди збільшилося до розмірів спостережуваного Всесвіту. Збільшення космосу відоме, як космічна інфляція, яка завершилася в одну мить і підготувала ґрунт для всієї майбутньої історії Всесвіту.

Ніхто не знає, що призвело до космічної інфляції, чому вона почалася саме тоді та чому зупинилася саме тоді. Але астрофізики вважають, що вона сталася, адже є непрямі докази цього. Під час космічної інфляції все ставало більшим, включно з мікроскопічною квантовою піною. Космічна інфляція перетворила квантову піну на невеликі варіації щільності по всьому Всесвіту. Уся матерія в кінцевому підсумку зібралася в ділянках з дуже високою щільністю, що залишилися після інфляції. Реліктове випромінювання, що виникло через 380 000 років після закінчення космічної інфляції, зберігає неясний спогад про інфляцію і первинне накопичення матерії. Дані реліктового випромінювання відповідають тому, що вчені очікують від космічної інфляції, але немає прямої картини самої цієї події.

Первинні гравітаційні хвилі можуть змінити уявлення про Всесвіт

На щастя, космічна інфляція спровокувала утворення гравітаційних хвиль такої сили, з якою ніщо за всю історію Всесвіту не може зрівнятися. Ці первинні гравітаційні хвилі існують і сьогодні. Але вони дуже слабкі, адже розтягнулися за мільярди років розширення Всесвіту. Їх також дуже важко виявити, оскільки вони мають неймовірно велику довжину хвилі.

Первинні гравітаційні хвилі занадто слабкі, щоб їх могли виявити будь-які наземні детектори. Тож їх шукатимуть детектори гравітаційних хвиль, які знаходяться в космосі. У середині 2030-х років у космос планують відправити обсерваторію LISA. Вона складатиметься з трьох космічних апаратів, що летять на відстані від 1 мільйона до 5 мільйонів кілометрів один від одного. Апарати відбиватимуть лазери туди й назад, відстежуючи рух гравітаційних хвиль Сонячною системою.

Ніхто не знає, чи увінчається проект успіхом. Астрофізики не знають, наскільки сильними були первинні гравітаційні хвилі в момент свого народження, тому невідомо, наскільки вони слабкі нині.

Якщо пощастить, то детектор LISA дасть змогу вперше безпосередньо зазирнути в найбільш ранні моменти історії Всесвіту і отримати детальну інформацію про те, як відбувалася космічна інфляція.

Фокус уже писав про те, який вік має Сонячна система.

Також Фокус писав про те, що компанія Canadensys Aerospace створила прототип першого канадського місяцеходу, який має вирушити на Місяць у рамках програми NASA "Артеміда".