Sebuah tim fisikawan teoretis telah mengusulkan cara baru untuk menguji salah satu prediksi yang paling menarik dari teori Einstein tentang Relativitas Umum: Memori gravitasi.
Efek ini mengacu pada perubahan permanen dalam jaringan alam semesta yang disebabkan oleh lewatnya gelombang ruang yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Meskipun gelombang ini memiliki telah terdeteksi Oleh observatorium seperti observatorium gelombang gravitasi interferometer laser (LIGO) dan interferometer Virgo, jejak gelombang yang persisten masih sulit dicapai.
Para peneliti menyarankan bahwa dana microwave kosmik, sedikit kilau yang tersisa dari Big Bang – Saya bisa membawa tanda tangan gelombang gravitasi yang kuat dari sekering lubang hitam yang jauh. Mempelajari sinyal -sinyal ini tidak hanya dapat mengkonfirmasi prediksi Einstein, tetapi juga menjelaskan beberapa peristiwa paling energik dalam sejarah alam semesta.
“Pengamatan fenomena ini dapat memberikan lebih banyak pengetahuan dari berbagai bidang fisika”, Miquel Miravet -seésSeorang mahasiswa doktoral di University of Valencia dan rekan penulis penelitian, mengatakan sains langsung melalui email. “Karena ini adalah prediksi langsung dari teori relativitas umum Einstein, pengamatannya akan berfungsi sebagai konfirmasi teori, serta pengamatan gelombang gravitasi oleh Ligo, Virgo dan Kagra [the Kamioka Gravitational Wave Detector] Dia telah melakukannya! Ini juga dapat digunakan sebagai alat tambahan untuk mempelajari beberapa skenario astrofisika, karena dapat berisi informasi tentang jenis peristiwa yang menghasilkan memori, seperti supernova atau lubang hitam tabrakan “.
Bagaimana Gelombang Gravitasi Meninggalkan Merek di Kosmos
Menurut relativitas umum, objek besar-besaran ruang-waktu dapat menghasilkan gelombang yang bergerak melalui alam semesta di Kecepatan ringan. Gelombang gravitasi ini muncul saat tubuh massa meningkat, seperti dua lubang hitam spiral masuk dan gabungkan.
Tidak seperti gelombang biasa yang melewati materi dan membiarkannya tidak berubah, gelombang gravitasi dapat secara permanen mengubah struktur ruang-waktu. Ini berarti bahwa objek apa pun yang melaluinya partikel -partikel dasar cahaya dikenal sebagai FotonAnda mungkin mengalami perubahan kecepatan atau arah yang langgeng. Akibatnya, cahaya yang bergerak melalui kosmos dapat membawa memori peristiwa gelombang gravitasi masa lalu yang dicetak pada propertinya.
Para peneliti mengeksplorasi jika efek ini dapat diamati dalam latar belakang microwave kosmik, bidang radiasi peninggalan yang telah melakukan perjalanan melalui ruang karena alam semesta hanyalah sebagian kecil dari persentase usia saat ini. Perubahan halus dalam suhu radiasi ini dapat berisi petunjuk tentang gelombang gravitasi dari merger lubang hitam tua.
“Kita bisa belajar banyak hal Kai HendriksSeorang mahasiswa doktoral di Niels Bohr Institute of University of Copenhagen dan rekan kerja lainnya dari penelitian ini, kata Live Science dalam email. “Misalnya, mengukur memori gravitasi dalam sinyal gelombang gravitasi memberi kita lebih banyak informasi tentang sifat -sifat dua lubang hitam yang menghasilkan sinyal ini; seberapa berat lubang hitam itu atau seberapa jauh mereka dari kita.”
Tetapi implikasinya melampaui merger individu lubang hitam. Jika kesan memori gravitasi dapat dideteksi dalam dana gelombang mikro kosmik, itu dapat mengungkapkan apakah lubang hitam supermasif lebih sering bergabung di alam semesta lebih awal daripada hari ini. Ini bisa menawarkan visi baru tentang bagaimana galaksi dan lubang hitam telah berkembang selama waktu kosmik.
Mengukur jejak
Untuk menentukan apakah efek memori dapat dideteksi, peralatan menghitung bagaimana merger lubang hitam mempengaruhi dasar microwave kosmik. Analisisnya menunjukkan bahwa peristiwa kekerasan ini harus meninggalkan perubahan yang terukur dalam radiasi latar belakang, dengan resistensi sinyal tergantung pada seberapa besar lubang hitam itu dan seberapa sering merger itu terjadi sepanjang sejarah.
“Panjang gelombang cahaya secara langsung terkait dengan suhunya: panjang gelombang kecil berarti suhu tinggi dan panjang gelombang yang besar berarti suhu rendah.” David O’NeillSeorang mahasiswa doktoral di Niels Bohr Institute dan rekan penelitian lainnya, mengatakan sains langsung dalam email. “Bagian dari cahaya yang dipengaruhi oleh ingatan gelombang gravitasi menjadi” lebih panas “, sementara bagian dari cahaya lainnya menjadi” lebih dingin.
Meskipun teleskop saat ini yang mampu mendeteksi radiasi gelombang mikro, seperti satelit Planck, telah memetakan latar belakang gelombang mikro kosmik dalam detail yang sangat indah, perubahan suhu yang disebabkan oleh memori gelombang gravitasi diharapkan sangat kecil, dalam urutan kelas miliar. Ini membuat mereka sulit untuk diamati dengan teknologi yang ada. Namun, teleskop masa depan dengan sensitivitas yang lebih besar dapat mendeteksi distorsi halus ini, memberikan cara baru untuk menyelidiki pengaruh gravitasi yang tidak terlihat yang telah membentuk alam semesta.
Sempurnakan model untuk tes di masa depan
Sementara penelitian menunjukkan bahwa memori gelombang gravitasi harus meninggalkan jejak di dasar gelombang mikro kosmik, para peneliti menyadari bahwa perhitungan mereka didasarkan pada asumsi yang disederhanakan. Model yang lebih halus akan dibutuhkan sebelum prediksi definitif dapat dibuat.
Sebagai contoh, tim awalnya berasumsi bahwa semua lubang hitam yang bergabung memiliki adonan yang sama, sementara pada kenyataannya, massa mereka dapat bervariasi secara signifikan. Lubang hitam supermasif berkisar dari beberapa juta hingga puluhan miliar kali massa matahariYang berarti bahwa pengaruhnya dalam dana gelombang mikro kosmik juga akan berbeda. Akuntansi variasi ini akan menjadi penting dalam studi masa depan.
“Pada saat ini, efek yang kami pelajari sangat halus. Namun, ada kemungkinan bahwa di daerah -daerah tertentu di surga, itu bisa sangat kuat,” kata Hendriks. “Untuk mengeksplorasi ini, kita membutuhkan model yang lebih maju yang memperhitungkan seluruh evolusi alam semesta. Jadi ini bukan tugas yang mudah! Tapi ini bisa mendeteksi kesan kosmik ini dan menemukan ide -ide baru tentang evolusi alam semesta.”
