Viskoosisen tumman aineen omituisella muodolla, joka muodostaa suurimman osan maailmankaikkeuden aineesta, voisi olla yllättävää vaikutusta sen varhaiseen evoluutioon - ja tehdä Big Bangin aallot helpommin havaittavissa. Tiedetään, että tumma aine on salaperäinen aine, joka muodostaa 80% maailmassa olevasta aineesta, mutta on vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa vain painovoimaisesti. Tällä hetkellä tumman aineen suosituimpana ehdokkaana pidetään WIMP: itä (WIMP), jotka ovat heikosti vuorovaikutuksessa olevien massiivisten hiukkasten kanssa, mutta vuosikymmenien ajan etsimällä tätä hiukkasta ei ole saatu aikaan mitään. WIMP: t ennustavat myös tiettyjä asioita, joita emme näe universumissa, kuten parvi pien galakseleista Linnunradan ympärillä.
On myös muita tumman aineen ehdokkaita. Esimerkiksi Paul Shapiro Texasin yliopistosta Austinissa ja hänen kollegansa tutkivat aiemmin yhtä vaihtoehtoista tumman aineen muotoa, joka sisältää partikkeleiksi kutsuttuja hiukkasia, jotka - toisin kuin WIMP ja tavallinen aine - voivat olla samassa kvanttilassa. Tämä ominaisuus voisi myös antaa heidän yhdistyä outoon, viskoosiseen aineen tilaan - Bose-Einsteinin kondensaattiin (BEC), jossa hiukkaspopulaatio käyttäytyy kuin yksi kvanttikohde.
Nyt Shapiro ja hänen jatko-opiskelija Buha Li tutkivat, kuinka tämä tumman aineen muoto olisi voinut vaikuttaa varhaiseen maailmankaikkeuteen.
Kasvupyrähdys
Kosmologit ovat tottuneet ajattelemaan, että maailmankaikkeus kokenut olemassaolonsa ensimmäisinä hetkinä eksponentiaalisen kasvupurron. Tätä laajentumista, joka tapahtui muutaman sekunnin suurissa räjähdyksissä Ison räjähdyksen jälkeen, kutsutaan inflaatioksi, ja sen piti lähettää relativistinen aalto avaruusajan kautta - ensisijainen (tai primitiivinen, kutsutaan sitä mitä aiot) gravitaatioaallot.
Fyysikot uskoivat näkevänsä todisteita näistä aalloista työskennellessään BICEP2-kaukoputken kanssa vuonna 2013, mutta näin ei käynyt. Mutta aikaisemmin tänä vuonna LIGO-kokeilu näki törmäyttävien mustien reikien painovoima-aaltoja, mikä osoitti, että sellaisia on.
Vakiokuvassa näiden ensisijaisten gravitaatioaaltojen tulisi olla niin pieniä, että LIGO ei koskaan näe niitä. "Mallissamme tapahtuu jotain täysin erilaista", Shapiro sanoo. "Tumma aine muuttaa sen käyttäytymistä, jos palaamme ajassa taaksepäin."
Mainosvideo:
Vaikka viskoosinen tumma aine käyttäytyy täsmälleen samalla tavalla kuin WIMP: t nykyään, tutkijoiden laskelmat osoittavat, että varhaisessa vaiheessa sen käyttäytyminen muuttui: se ei toiminut kuin aine, vaan säteilyn tavoin. Siirtyessä vielä pidemmälle ajassa, tumma aine oli tiheämpää ja käyttäytyi kuin nestemäinen ja vastusti puristusta.
"Kun yritämme rikkoa sitä, meidän on pidettävä mielessä paine", Shapiro sanoo. - Kun kerät sen kasaan, se haluaa paisua takaisin. Näytämme täyttää maailmankaikkeuden nesteellä."
Tutkijat eivät odottaneet löytävänsä tätä.
Tämä joustavuus tarkoittaa, että tämä outo viskoosinen tumma aine on saattanut hidastaa maailmankaikkeuden laajenemisnopeutta tuolloin. Alkaen inflaation lopusta, maailmankaikkeus laajenisi hitaammin tumman aineen kanssa kuin ilman sitä.
Mutta ensisijaisten gravitaatioaaltojen olisi pitänyt ampua nuoren maailmankaikkeuden läpi samalla nopeudella kuin ennen. Ja koska niitä oli helpompi tulostaa taustalla, niitä saattaa olla helpompi havaita.
Ensisijaiset aallot
Parin tutkijan mukaan viime kuussa Utahissa Salt Lake Cityssä pidetyssä amerikkalaisen fyysisen yhdistyksen kokouksessa puhuttiin, että tällainen tumma aine voisi estää laajentumisen tarpeeksi, jotta LIGO-joukot havaitsisivat alkeelliset painovoima-aallot.
”Vakiohistoriassa, ilman tummaa ainetta, ne ovat selvästi rajan alapuolella, jolla nykyiset tai tulevat gravitaatioaaltoilmaisimet voivat havaita ne. Mutta mallimme osoittaa, että toivoa on vielä."
Tanya Rejimbo LIGO-tiimistä huomauttaa, että koska meistä ei niin paljon tiedä millainen oli varhainen maailmankaikkeus, on mahdotonta sanoa varmasti tällaisesta mahdollisuudesta. Hänen mukaansa ei ole mitään takeita siitä, että nämä aallot ovat olemassa tai että tulevat ilmaisimet näkevät ne. Mutta tämä työ on mielenkiintoinen, koska se tarjoaa tällaisen mahdollisuuden.
ILYA KHEL