De LIGO/Maagd/KAGRA-samenwerking, een grote groep onderzoekers bij verschillende instituten wereldwijd, heeft onlangs de sterkste beperkingen gesteld aan kosmische snaren tot nu toe, met behulp van de geavanceerde LIGO/Virgo volledige O3-dataset. Deze dataset bevat de nieuwste zwaartekrachtsgolven die zijn gedetecteerd door een netwerk van drie interferometers in de Verenigde Staten en Italië.

"We wilden de meest actuele gegevens van de derde waarnemingsrun (O3-dataset) gebruiken om beperkingen op te leggen aan kosmische strings, " Prof. Mairi Sakellariadou van King's College London, die deel uitmaakt van de LIGO-Virgo Collaboration, vertelde Phys.org .

Veldtheorieën voorspellen dat naarmate het heelal uitzet en de temperatuur daalt, het ondergaat een reeks faseovergangen gevolgd door spontaan gebroken symmetrieën, die topologische defecten kunnen achterlaten, overblijfselen van de vorige, meer symmetrische fase van het heelal.

"Om u een voorbeeld te geven, als u water in vloeibare vorm neemt en de temperatuur verlaagt tot onder nul graden Celsius, het zal stollen, " zei Sakellariadou. "In een ijsblokje, je kunt filamenten zien waar het water in vloeibare vorm is. Dit fenomeen kan zich ook in het heelal voordoen." Eendimensionale topologische defecten worden kosmische snaren genoemd. Terwijl deeltjesfysica-modellen het bestaan ​​van kosmische snaren voorspellen, er is momenteel geen observationele bevestiging van hun bestaan.

"De zwaardere kosmische snaren zijn, hoe sterker hun zwaartekrachteffecten zullen zijn, " zei Sakellariadou. Door observatiegegevens te analyseren, we kunnen beperkingen stellen aan de parameter die ons vertelt hoe zwaar deze objecten zijn, met andere woorden het tijdperk van kosmische snaarvorming."

Door beperkingen op kosmische strings in te stellen, kunnen onderzoekers ook deeltjesfysica-modellen en kosmologische scenario's beperken. Met behulp van zwaartekrachtsgolfgegevens, onderzoekers kunnen deeltjesfysica-modellen testen op energieschalen die niet kunnen worden bereikt door versnellers zoals de Large Hadron Collider bij CERN.

"Beperkingen hangen ook af van welk model van kosmische snaren we gebruiken voor de stringlusdistributie, die wordt gedicteerd door betrokken numerieke simulaties", zei Sakellariadou.

Tot dusver, onderzoekers hebben twee mogelijke numerieke simulaties ontwikkeld. De eerste werd enkele jaren geleden naar voren gebracht door Bouchet, Lorenz, Ringeval en Sakellariadou, terwijl de tweede werd ontwikkeld door Blanco-Pillado, Olum en Shlaer.

Onlangs, Auclair, Ringeval, Sakellariadou en Steer ontwikkelden een nieuw analytisch snaarlusmodel dat interpoleert tussen de twee die in het verleden zijn ontwikkeld met numerieke simulaties. Dit nieuwe model is voor het eerst gebruikt om beperkingen op te leggen aan kosmische snaren met behulp van zwaartekrachtsgolfgegevens van de laatste waarnemingsrun van de LIGO/Virgo/KAGRA-samenwerking.

Opmerkelijk, de recente beperkingen die zijn opgelegd door de LIGO/Virgo/KAGRA-samenwerking zijn sterker dan die van de Big Bang-nucleosynthese, pulsar-timing array, of kosmische microgolf achtergrondgegevens. Ze zijn ook met 1 tot 2 ordes van grootte verbeterd ten opzichte van eerdere beperkingen die door LIGO/Virgo zijn gesteld.

"Naarmate er meer gegevens beschikbaar komen, zullen we in staat zijn om nog sterkere beperkingen op te leggen. Vanuit een theoretisch oogpunt, echter, het is ook belangrijk om nieuwe kosmische snaarmodellen te bouwen en te onderzoeken, en de implicaties van ons werk voor deeltjesfysica te onderzoeken die verder gaan dan het standaardmodel en kosmologische scenario's", zei Sakellariadou.

Het onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

© 2021 Science X Network