Wellen im Gewebe des Universums können den Beginn der Zeit enthüllen

Wissenschaftler haben Fortschritte bei der Entdeckung gemacht, wie man Wellen in der Raumzeit, die als Gravitationswellen bekannt sind, nutzt, um zum Anfang von allem, was wir wissen, zurückzublicken. Die Forscher sagen, dass sie den Zustand des Kosmos kurz nach dem Urknall besser verstehen können, indem sie lernen, wie diese Wellen im Gewebe des Universums durch Planeten und das Gas zwischen den Galaxien fließen.

„Wir können das nicht sehen frühes Universum direkt, aber vielleicht können wir es indirekt sehen, wenn wir uns ansehen, wie Gravitationswellen aus dieser Zeit Materie und Strahlung beeinflusst haben, die wir heute beobachten können”, sagte Deepen Garg, Hauptautor eines Artikels, der über die Ergebnisse in der berichtet Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik. Garg ist Doktorand im Princeton-Programm für Plasmaphysik, das am Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US-Energieministeriums (DOE) angesiedelt ist.

Garg und sein Berater Ilya Dodin, der sowohl der Princeton University als auch der PPPL angehört, haben diese Technik aus ihrer Forschung übernommen Fusionsenergie, der Prozess, der Sonne und Sterne antreibt, den Wissenschaftler entwickeln, um auf der Erde Strom zu erzeugen, ohne Treibhausgase auszustoßen oder langlebige radioaktive Abfälle zu produzieren. Fusionswissenschaftler berechnen wie Elektromagnetische Wellen bewegen sich durch Plasma, die Suppe von Elektronen und Atomkerne die als Tokamaks und Stellaratoren bekannte Fusionsanlagen antreibt.

Es stellt sich heraus, dass dieser Vorgang der Bewegung von Gravitationswellen durch Materie ähnelt. „Wir haben im Grunde Plasmawellenmaschinen eingesetzt, um an einem Gravitationswellenproblem zu arbeiten“, sagte Garg.

Gravitationswellen, erstmals 1916 von Albert Einstein als Folge seiner Relativitätstheorie vorhergesagt, sind Störungen in Freizeit verursacht durch die Bewegung sehr dichter Objekte. Sie bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und wurden erstmals 2015 vom Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) durch Detektoren in Washington State und Louisiana entdeckt.

Garg und Dodin haben Formeln entwickelt, die theoretisch führen könnten Gravitationswellen um verborgene Eigenschaften von Himmelskörpern aufzudecken, wie Sterne, die viele Lichtjahre entfernt sind. Wenn die Wellen durch Materie fließen, erzeugen sie Licht, dessen Eigenschaften von der Dichte der Materie abhängen.

Ein Physiker könnte dieses Licht analysieren und Eigenschaften eines Millionen Lichtjahre entfernten Sterns entdecken. Diese Technik könnte auch zu Entdeckungen über das Zusammenprallen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern führen, ultradichten Überresten des Todes von Sternen. Sie könnten möglicherweise sogar Informationen darüber enthüllen, was während des Urknalls und den frühen Momenten unseres Universums geschah.

Die Recherche begann ohne jede Ahnung, wie wichtig sie werden könnte. „Ich dachte, dies wäre ein kleines sechsmonatiges Projekt für einen Doktoranden, bei dem etwas Einfaches gelöst werden müsste“, sagte Dodin. „Aber als wir anfingen, uns eingehender mit dem Thema zu beschäftigen, stellten wir fest, dass sehr wenig über das Problem verstanden wurde und wir hier einige sehr grundlegende theoretische Arbeiten durchführen konnten.“

Die Wissenschaftler planen nun, die Technik in naher Zukunft zur Analyse von Daten einzusetzen. „Wir haben jetzt einige Formeln, aber um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen, wird mehr Arbeit erforderlich sein“, sagte Garg.