امواج در تار و پود جهان ممکن است شروع زمان را نشان دهد

20 ژانویه 2023 – توسط رافائل روزن، آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون

شبیه‌سازی عددی ستاره‌های نوترونی که با یکدیگر ادغام می‌شوند و سیاهچاله‌ای را تشکیل می‌دهند، با قرص‌های برافزایشی که برای تولید امواج الکترومغناطیسی در تعامل هستند. اعتبار: L. Rezolla (AEI) و M. Koppitz AEI و Zuse-Institut Berlin

دانشمندان در کشف چگونگی استفاده از امواج در فضا-زمان که به عنوان امواج گرانشی شناخته می شوند، پیشرفت کرده اند تا به ابتدای همه چیزهایی که می دانیم نگاه کنند. محققان می گویند که می توانند وضعیت کیهان را در مدت کوتاهی پس از بیگ بنگ با یادگیری نحوه جریان یافتن این امواج در بافت کیهان از میان سیارات و گاز بین کهکشان ها بهتر درک کنند.

دیپن گارگ، نویسنده اصلی مقاله گزارشی، گفت: «ما نمی‌توانیم جهان اولیه را مستقیماً ببینیم، اما شاید بتوانیم به طور غیرمستقیم آن را ببینیم اگر به چگونگی تأثیر امواج گرانشی آن زمان بر روی ماده و تشعشعاتی که امروزه می‌توانیم مشاهده کنیم، بیابیم.» .

گارگ دانشجوی کارشناسی ارشد در برنامه پرینستون در فیزیک پلاسما است که در آزمایشگاه فیزیک پلاسما پرینستون (PPPL) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) مستقر است.

گارگ و مشاورش ایلیا دودین، که وابسته به دانشگاه پرینستون و PPPL است، این تکنیک را از تحقیقات خود در مورد انرژی همجوشی، فرآیندی که به خورشید و ستارگان نیرو می‌دهد و دانشمندان در حال توسعه آن برای ایجاد برق روی زمین بدون انتشار گازهای گلخانه‌ای یا تولید طولانی مدت هستند، اقتباس کردند. -پسماندهای رادیواکتیو زنده دانشمندان همجوشی نحوه حرکت امواج الکترومغناطیسی را در پلاسما، سوپ الکترون‌ها و هسته‌های اتمی که سوخت تأسیسات همجوشی معروف به توکاماک‌ها و ستاره‌ها را تامین می‌کنند، محاسبه می‌کنند.

به نظر می رسد که این فرآیند شبیه حرکت امواج گرانشی از طریق ماده است. گارگ گفت: «ما اساساً ماشین‌های موج پلاسما را برای کار روی یک مشکل امواج گرانشی قرار می‌دهیم.

امواج گرانشی که برای اولین بار توسط آلبرت انیشتین در سال 1916 به عنوان پیامد نظریه نسبیت او پیش بینی شد، اختلالاتی در فضا-زمان هستند که در اثر حرکت اجسام بسیار متراکم ایجاد می شوند. آنها با سرعت نور حرکت می کنند و اولین بار در سال 2015 توسط رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری (LIGO) از طریق آشکارسازهایی در ایالت واشنگتن و لوئیزیانا شناسایی شدند.

گارگ و دودین فرمول هایی را ایجاد کردند که از نظر تئوری می توانند امواج گرانشی را هدایت کنند تا ویژگی های پنهان اجرام آسمانی، مانند ستارگانی که سال های نوری از ما فاصله دارند، آشکار کنند. هنگامی که امواج از میان ماده عبور می کنند، نوری ایجاد می کنند که ویژگی های آن به چگالی ماده بستگی دارد.

یک فیزیکدان می تواند آن نور را تجزیه و تحلیل کند و ویژگی های ستاره ای را که میلیون ها سال نوری از ما فاصله دارد کشف کند. این تکنیک همچنین می‌تواند به کشفیاتی در مورد درهم شکستن ستاره‌های نوترونی و سیاه‌چاله‌ها، بقایای بسیار متراکم مرگ ستاره‌ها منجر شود. آنها حتی به طور بالقوه می توانند اطلاعاتی در مورد آنچه در طول انفجار بزرگ و لحظات اولیه جهان ما رخ می دهد را فاش کنند.

این تحقیق بدون هیچ احساسی در مورد اهمیت آن آغاز شد. دودین گفت: “من فکر می کردم این یک پروژه کوچک و شش ماهه برای یک دانشجوی فارغ التحصیل خواهد بود که شامل حل یک چیز ساده است.” “اما هنگامی که شروع به کندوکاو عمیق تر در موضوع کردیم، متوجه شدیم که درک بسیار کمی از این مشکل وجود دارد و می توانیم در اینجا کار تئوری بسیار ابتدایی انجام دهیم.”

اکنون دانشمندان قصد دارند در آینده نزدیک از این تکنیک برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده کنند. گارگ گفت: ما اکنون فرمول هایی داریم، اما رسیدن به نتایج معنادار کار بیشتری می طلبد.