Een nieuw wiskundig raamwerk suggereert dat schokgolven de ruimtetijd kunnen vervormen, als een rimpel in een stof, wat een nieuw perspectief biedt op de aard van deze krachtige verschijnselen.

Schokgolven zijn verstoringen die zich door een medium voortplanten, zoals een rimpeling in water of een sonische dreun in de lucht. In het universum worden schokgolven vaak geassocieerd met gewelddadige astrofysische gebeurtenissen, zoals supernova's en de botsing van zwarte gaten.

Hoewel natuurkundigen de basiseigenschappen van schokgolven al lang begrijpen, is hun impact op het weefsel van de ruimtetijd zelf minder duidelijk geweest. Het nieuwe raamwerk, ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Cambridge en de Queen Mary Universiteit van Londen, biedt een wiskundige basis voor het bestuderen van hoe schokgolven de ruimtetijd kunnen krommen.

Het belangrijkste idee is om schokgolven te behandelen als defecten in de ruimtetijd. Net zoals een scheur in een materiaal ervoor kan zorgen dat de omringende ruimte vervormt, zo kan een schokgolf ook een knik of rimpel in het weefsel van de ruimtetijd veroorzaken.

"Ons werk laat zien dat schokgolven kunnen worden gezien als 'tranen' in de ruimtetijd", zegt dr. Silviu-Marian Udrea, onderzoeker aan de Universiteit van Cambridge en hoofdauteur van het onderzoek. "Deze tranen zijn niet permanent, maar ze kunnen een beperkte tijd aanhouden."

De onderzoekers gebruikten een wiskundige techniek genaamd differentiële geometrie om de vervorming van de ruimtetijd rond schokgolven te beschrijven. Ze ontdekten dat de kromming van de ruimtetijd evenredig is met de sterkte van de schokgolf en de snelheid waarmee deze beweegt.

Dit betekent dat sterkere schokgolven en schokgolven die sneller bewegen een meer uitgesproken vervorming van de ruimtetijd zullen veroorzaken. De onderzoekers ontdekten ook dat de vorm van de schokgolf een rol speelt bij de vervorming van de ruimtetijd. Een bolvormige schokgolf zal bijvoorbeeld een andere vervorming veroorzaken dan een cilindrische of vlakke schokgolf.

"Ons werk biedt een nieuwe manier om na te denken over schokgolven en hun impact op het universum", zegt Udrea. "Het suggereert dat schokgolven een belangrijke rol kunnen spelen in de evolutie van de kosmos en de vorming van sterrenstelsels en zwarte gaten."

De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen ook kunnen helpen licht te werpen op de aard van donkere energie, een mysterieuze kracht die de uitdijing van het universum versnelt. Er wordt aangenomen dat donkere energie ongeveer 68% van het universum uitmaakt, maar de aard ervan blijft onbekend.

"Ons werk suggereert dat donkere energie verband kan houden met de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door schokgolven", zegt Udrea. "Dit is een opwindende mogelijkheid die we onderzoeken in ons lopende onderzoek."

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review D.