Voor de eerste keer, theoretische natuurkundigen van de Universiteit van Bazel hebben het signaal berekend van specifieke zwaartekrachtsgolfbronnen die fracties van een seconde na de oerknal ontstonden. De bron van het signaal is een lang verloren gewaand kosmologisch fenomeen genaamd "oscillon". Het journaal Fysieke beoordelingsbrieven heeft de resultaten gepubliceerd.

Hoewel Albert Einstein het bestaan ​​van zwaartekrachtsgolven al had voorspeld, hun bestaan ​​werd pas in de herfst van 2015 echt bewezen toen zeer gevoelige detectoren de golven ontvingen die werden gevormd tijdens het samensmelten van twee zwarte gaten. Zwaartekrachtgolven zijn anders dan alle andere bekende golven. Terwijl ze door het heelal reizen, ze krimpen en rekken het ruimte-tijd continuüm uit; met andere woorden, ze vervormen de geometrie van de ruimte zelf. Hoewel alle versnellende massa's zwaartekrachtgolven uitzenden, deze kunnen alleen worden gemeten als de massa extreem groot is, zoals het geval is met zwarte gaten of supernova's.

Zwaartekrachtgolven transporteren informatie van de oerknal

Echter, zwaartekrachtgolven geven niet alleen informatie over dit soort grote astrofysische gebeurtenissen, maar geven ook inzicht in de vorming van het heelal zelf. Om meer te weten te komen over dit stadium van het heelal, Prof. Stefan Antusch en zijn team van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Basel doen onderzoek naar wat bekend staat als de stochastische achtergrond van zwaartekrachtsgolven. Deze achtergrond bestaat uit zwaartekrachtsgolven van een groot aantal bronnen die elkaar overlappen, die samen een breed spectrum aan frequenties opleveren. De in Bazel gevestigde natuurkundigen berekenen voorspelde frequentiebereiken en intensiteiten voor de golven, die vervolgens in experimenten kunnen worden getest.

Een sterk gecomprimeerd universum

Kort na de oerknal, het universum dat we vandaag zien was nog erg klein, gespannen, en heet. "Stel je iets voor ter grootte van een voetbal, " legt Antusch uit. Het hele universum werd samengeperst in deze zeer kleine ruimte, en het was extreem turbulent. De moderne kosmologie gaat ervan uit dat het universum in die tijd werd gedomineerd door een deeltje dat bekend staat als de inflaton en het bijbehorende veld.

Oscillons genereren een krachtig signaal

De inflatie onderging intensieve schommelingen, die bijzondere eigenschappen had. Ze vormden klonten, bijvoorbeeld, waardoor ze oscilleren in gelokaliseerde gebieden van de ruimte. Deze gebieden worden oscillons genoemd en kunnen worden voorgesteld als staande golven. "Hoewel de oscillons al lang niet meer bestaan, de zwaartekrachtsgolven die ze uitzenden zijn alomtegenwoordig - en we kunnen ze gebruiken om verder dan ooit tevoren in het verleden te kijken, ' zegt Antus.

Met behulp van numerieke simulaties, de theoretisch fysicus en zijn team konden de vorm van het signaal van de oscillon berekenen, die slechts fracties van een seconde na de oerknal werd uitgezonden. Het verschijnt als een uitgesproken piek in het overigens vrij brede spectrum van zwaartekrachtsgolven. "We hadden vóór onze berekeningen niet gedacht dat oscillons zo'n sterk signaal op een specifieke frequentie zouden kunnen produceren, " legt Antusch uit. Nu, in een tweede stap, experimentele natuurkundigen moeten het bestaan ​​van het signaal daadwerkelijk bewijzen met behulp van detectoren.