(Phys.org) — Natuurkundigen hebben een verrassend gevolg ontdekt van een breed gedragen model van het vroege heelal:volgens het model, kleine kosmologische verstoringen veroorzaakten schokken in de stralingsvloeistof slechts een fractie van een seconde na de oerknal. Deze schokken zouden met elkaar in botsing zijn gekomen om zwaartekrachtsgolven te genereren die groot genoeg zijn om te worden gedetecteerd door de huidige zwaartekrachtgolfdetectoren.

de fysici, Ue-Li Pen aan het Canadian Institute for Theoretical Astrophysics in Toronto, en Neil Turok van het Perimeter Institute for Theoretical Physics in Waterloo, hebben een artikel gepubliceerd over de schokken in het vroege heelal en hun nasleep in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Zoals de wetenschappers uitleggen, het meest algemeen ondersteunde model van het vroege heelal is er een met een door straling gedomineerde achtergrond die bijna perfect homogeen is, behalve enkele kleine golven, of verstoringen, in de straling.

In de nieuwe studie Pen en Turok hebben theoretisch aangetoond dat sommige van deze vroege, kleine verstoringen, die golven met een kleine amplitude zijn, zou zijn gepiekt om golven met een grote amplitude te vormen, of schokken. Deze schokken zouden zich alleen bij zeer hoge temperaturen hebben gevormd, zoals die zich voordoen direct na de oerknal.

De natuurkundigen toonden ook aan dat, wanneer twee of meer schokken met elkaar botsen, ze genereren zwaartekrachtsgolven.

De resultaten suggereren dat zowel botsende schokken als samensmeltende zwarte gaten - zoals die eerder dit jaar werden gedetecteerd door het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -experiment - bijdragen aan de zwaartekrachtgolfachtergrond. Sommige onderzoekers hebben eerder gespeculeerd dat de samensmeltende zwarte gaten mogelijk zijn gevormd door dezelfde verstoringen die de schokken hebben veroorzaakt en, verder, dat zwarte gaten van deze grootte de donkere materie in onze melkweg kunnen vormen.

Echter, het zou mogelijk zijn om onderscheid te maken tussen samensmeltende zwarte gaten en botsende schokken, omdat de zwaartekrachtsgolven die door schokken worden uitgezonden tegenwoordig op veel lagere frequenties zouden worden gedetecteerd, omdat de golflengte zou zijn uitgerekt door de uitdijing van het heelal. Tegenwoordig zouden de zwaartekrachtsgolven van schokken frequenties hebben van 3 nHz, in tegenstelling tot het 100 Hz-regime waarin het LIGO-experiment momenteel opereert.

Op basis van hun analyse, de wetenschappers denken dat zowel huidige als toekomstige geplande zwaartekrachtgolfdetectoren in staat zullen zijn om de frequenties te detecteren van zwaartekrachtgolven die door schokken worden uitgezonden. Deze frequenties komen overeen met emissietijden van ongeveer 10 ^-4 tot 10 ^-30 seconden na de oerknal.

Een ander interessant gevolg van schokken in het vroege heelal is dat hun interacties de omringende stralingsvloeistof zouden hebben doen roteren, vorticiteit genereren. Dit betekent dat schokken in het vroege heelal entropie zouden hebben gegenereerd in een verder perfecte stralingsvloeistof, waarin normaal de entropie niet kan toenemen.

De mogelijkheid dat schokken in het vroege heelal zwaartekrachtgolven hebben gegenereerd, draaikolk, en entropie zou wetenschappers kunnen helpen bij het oplossen van enkele van de meer verbijsterende puzzels van het vroege universum, zoals waarom het universum meer materie heeft dan antimaterie (het baryogeneseprobleem), evenals de oorsprong van de magnetische velden die worden waargenomen in veel astrofysische objecten.