Wszechświat działa jak wielki dysk twardy. Naukowcy odkryli, gdzie zapisuje się historia
Badania prowadzone przez fizyka Vasco Gonçalvesa z Uniwersytetu w Porto przybliżają naukowców do rozwiązania jednego z najbardziej intrygujących problemów współczesnej fizyki – zjawiska pamięci grawitacyjnej. Chodzi o subtelne ślady pozostawiane w czasoprzestrzeni przez niezwykle gwałtowne kosmiczne wydarzenia, takie jak zderzenia i łączenie się czarnych dziur.
Takie zjawiska generują fale grawitacyjne, które rozchodzą się po Wszechświecie niczym zmarszczki na powierzchni wody, a jednocześnie mogą pozostawiać trwały „odcisk” w strukturze czasoprzestrzeni.
Połączenie różnych dziedzin nauki
Do tej pory dokładne obliczenie tego efektu było bardzo trudne, ponieważ tradycyjne modele działały poprawnie głównie dla obiektów poruszających się z niewielkimi prędkościami. Międzynarodowy zespół badaczy z Portugalii, Wielkiej Brytanii i Francji opracował jednak nową metodę, która pozwala analizować te zjawiska znacznie dokładniej i bez wcześniejszych ograniczeń. Kluczowe okazało się połączenie różnych dziedzin nauki – techniki wykorzystywane zwykle w fizyce cząstek elementarnych zastosowano do badań nad grawitacją i falami grawitacyjnymi.
Nowe podejście umożliwia badanie tzw. nieliniowej pamięci grawitacyjnej, czyli sytuacji, w której same fale grawitacyjne dodatkowo wpływają na grawitację i zmieniają strukturę przestrzeni. Dzięki temu obliczenia są bardziej precyzyjne i lepiej odzwierciedlają rzeczywiste procesy zachodzące we Wszechświecie. Im większa dokładność modeli teoretycznych, tym łatwiej porównywać je z danymi pochodzącymi z obserwatoriów rejestrujących fale grawitacyjne.
Znaczenie tych badań wykracza daleko poza teorię
Wyniki mogą pomóc w interpretacji danych zbieranych przez nowoczesne detektory, takie jak LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), które już dziś obserwują fale grawitacyjne powstające podczas kosmicznych katastrof. Opracowane modele będą także bardzo ważne dla przyszłej misji kosmicznej European Space Agency LISA, która ma osiągnąć bezprecedensową czułość w wykrywaniu tego typu zjawisk.
Badania nad pamięcią grawitacyjną mogą w przyszłości pomóc lepiej zrozumieć naturę czasoprzestrzeni, działanie grawitacji oraz procesy zachodzące w najbardziej ekstremalnych warunkach we Wszechświecie. To kolejny przykład, jak rozwój zaawansowanych metod matematycznych i fizycznych przekłada się na możliwość dokładniejszego poznawania kosmosu i praw rządzących rzeczywistością. Dlaczego to takie ważne? Ponieważ ten postęp nie ma charakteru wyłącznie teoretycznego. Tak jak obliczenia teoretyczne w tej dziedzinie służą jako podstawa do porównań, na przykład w eksperymentach w akceleratorze cząstek CERN, tak samo robi się to w przypadku pomiaru fal grawitacyjnych i ich skutków, porównując je z danymi rzeczywistymi, na przykład uzyskanymi przez detektory fal grawitacyjnych.
Wyniki te będzie można wykorzystać także w przyszłości w ramach misji kosmicznej LISA Europejskiej Agencji Kosmicznej, która będzie miała niespotykaną dotąd czułość w wykrywaniu tego typu „wspomnień” czasoprzestrzeni.
Źródło: Universidade do Porto
Czytaj też: Zajrzymy miliardy lat w przeszłość. ESA dała zielone światło dla niezwykłego projektu!
Grafika tytułowa: Frantisek Duris / Unsplash
