Волны Большого взрыва могут изменить наше представление о Вселенной: вот почему

В первые мгновения Большого взрыва весь космос заполнили первичные гравитационные волны, которые как считается, существуют и сейчас, через 13,8 млрд лет после появления. Чтобы обнаружить эти волны, потребуются самые чувствительные приборы, но если они будут обнаружены, они изменят наше понимание Вселенной. Об этом пишет в статье для Space астрофизик Пол Саттер.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Эйнштейн и гравитационные волны

В 1916 году Альберт Эйнштейн обнаружил, что его общая теория относительности предсказывает существование гравитационных волн. Это пульсации в ткани пространства-времени, которые создают любые объекты, имеющие массы и которые движутся с ускорением. Но гравитация является самым слабым из известных взаимодействий, а гравитационные волны еще слабее. Поэтому, хотя идея гравитационных волн была интересной, Эйнштейн считал, что их невозможно обнаружить.

И все же в 2015 году с помощью детектора LIGO ученые впервые обнаружили гравитационные волны, которые возникли в результате слияния черных дыр. Несмотря на очень слабую силу этих гравитационных волн в момент их обнаружения, они были чрезвычайно сильными в момент своего рождения. Слияние черных дыр выделяет колоссальное количество энергии. Менее чем за секунду выделяется столько же энергии, сколько могла бы выделить вся масса Солнца, если бы она была преобразована в чистую энергию.

Высвобождаемая энергия совершенно невидима и находится исключительно в форме гравитационных волн. Но какими бы мощными ни были эти явления, это не самые сильные гравитационные волны, созданные во Вселенной.

Загадочная космическая инфляция

Ученые считают, что в первые мгновения Большого взрыва, менее чем через долю секунды после начала существования Вселенной, космос пережил поразительную трансформацию. Он увеличился на несколько порядков. Это можно сравнить с тем, как если бы ваше тело за долю секунды увеличилось до размеров наблюдаемой Вселенной. Увеличение космоса известно, как космическая инфляция, которая завершилось в мгновение ока и подготовила почву для всей будущей истории Вселенной.

Никто не знает, что привело к космической инфляции, почему она началась именно тогда и почему остановилась именно тогда. Но астрофизики считают, что она произошла, ведь есть косвенные доказательства этого. Во время космической инфляции все становилось больше, включая микроскопическую квантовую пену. Космическая инфляция превратила квантовую пену в небольшие вариации плотности по всей Вселенной. Вся материя в конечном итоге собралась в участках с очень высокой плотностью, оставшихся после инфляции. Реликтовое излучение, возникшее через 380 000 лет после окончания космической инфляции, хранит смутное воспоминание об инфляции и первичном накоплении материи. Данные реликтового излучения соответствуют тому, что ученые ожидают от космической инфляции, но нет прямой картины самого этого события.

Первичные гравитационные волны могут изменить представление о Вселенной

К счастью, космическая инфляция спровоцировала образование гравитационных волн такой силы, с которой ничто за всю историю Вселенной не может сравниться. Эти первичные гравитационные волны существуют и сегодня. Но они очень слабые, ведь растянулись за миллиарды лет расширения Вселенной. Их также очень трудно обнаружить, поскольку они имеют невероятно большую длину волны.

Первичные гравитационные волны слишком слабые, чтобы их могли обнаружить любые наземные детекторы. Поэтому их искать будут детекторы гравитационных волн, которые находятся в космосе. В середине 2030-х годов в космос планируют отправить обсерваторию LISA. Она будет состоять из трех космических аппаратов, летящих на расстоянии от 1 миллиона до 5 миллионов километров друг от друга. Аппараты будут отражать лазеры туда и обратно, отслеживая движение гравитационных волн по Солнечной системе.

Никто не знает, увенчается ли проект успехом. Астрофизики не знают, насколько сильными были первичные гравитационные волны в момент своего рождения, поэтому неизвестно, насколько они слабые в настоящее время.

Если повезет, то детектор LISA он позволит впервые напрямую заглянуть в самые ранние моменты истории Вселенной и получить подробную информацию о том, как происходила космическая инфляция.

Фокус уже писал о том, какой возраст имеет Солнечная система.

Также Фокус писал о том, что компания Canadensys Aerospace создала прототип первого канадского лунохода, который должен отправиться на Луну в рамках программы NASA "Артемида".