Gravitacijski valovi koji su nastali u najranijim trenucima svemira mogli bi nam pomoći da otkrijemo nevidljive početke svemira, pružajući uvid u trenutak kada je vrijeme zapravo započelo.
Prva svjetlost koja se slobodno kretala kroz svemir, poznata kao kozmička mikrovalna pozadina, emitirana je 380.000 godina nakon Velikog praska. Prije tog trenutka, fotoni – osnovne čestice svjetlosti – neprestano su sudarali s materijom, čineći nemogućim da se pomoću svjetlosti istražuje što se tada događalo. Međutim, gravitacijski valovi, koji su nastali u samim počecima svemira, slobodno su prolazili kroz prostor i vrijeme. Fizičari su dugo vjerovali da bi jednog dana mogli koristiti te valove za proučavanje najranijih faza svemira. Sada, tim znanstvenika razvija matematičke alate koji bi mogli omogućiti upravo to.
Istraživanje započinje proučavanjem načina na koji gravitacijski valovi međudjeluju s materijom. Ovi valovi prolaze kroz sve objekte, uključujući ljude, ali njihovo djelovanje je tako slabo da nas stisnu ili rastegnu za djelić atoma. Zbog toga su potrebni izuzetno osjetljivi detektori za njihovo mjerenje. Iako su te promjene minimalne, one ipak postoje, a znanstvenici sada istražuju mogu li se te interakcije mjeriti.
Imamo nekoliko novih formula, ali trebat će još puno rada kako bismo došli do značajnih rezultata,” rekao je Deepen Garg iz Laboratorija za plazmu pri Sveučilištu Princeton. “Ne možemo izravno promatrati rani svemir, ali možda ćemo to moći učiniti neizravno, analizirajući kako su gravitacijski valovi iz tog razdoblja utjecali na materiju i zračenje koje danas možemo mjeriti.
Zanimljivo je da ovo istraživanje nije započelo s gravitacijskim valovima kao glavnim fokusom, već s proučavanjem fizike plazme u nuklearnim fuzijskim reaktorima. Nuklearna fuzija, proces koji omogućuje zvijezdama da sjaje, mogla bi jednog dana osigurati čistu energiju na Zemlji. Ispostavilo se da jednadžbe koje opisuju ponašanje plazme u fuzijskim reaktorima mogu biti prilagođene za objašnjavanje gravitacijskih valova.
“Gledano iz perspektive fizike plazme, primijenili smo alate na problem gravitacijskih valova,” rekao je Garg.
Gravitacijski valovi su oscilacije u prostorno-vremenskom kontinuumu i ništa ih ne može apsorbirati. U svemiru ne postoji ništa što bi moglo “baciti sjenu” na te valove. Istraživači sugeriraju da različiti objekti u svemiru, poput crnih rupa, sudara neutronskih zvijezda te planeta i zvijezda, mogu utjecati na te valove. Proučavanjem tih valova mogli bismo steći nova saznanja o ponašanju nebeskih tijela i kozmičkih događaja koje bi inače ostale nedostupne našim instrumentima.
Ono što je započelo kao mali istraživački projekt, razvilo se u znatno opsežnije i značajnije istraživanje.
“Mislio sam da će ovo biti jednostavan, šestomjesečni projekt za diplomskog studenta,” priznao je Ilya Dodin, Gargov mentor i suautor istraživanja. “Međutim, kako smo se dublje bavili ovom temom, shvatili smo da je problem mnogo složeniji i da imamo priliku razviti temeljnu teoriju.”
Rezultati ovog istraživanja objavljeni su u časopisu Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Ovo otkriće moglo bi značajno proširiti naše razumijevanje ranih faza svemira i pružiti jedinstven uvid u trenutke kada je vrijeme započelo. Gravitacijski valovi postaju ključni alat za istraživanje najranijih trenutaka našeg svemira, omogućujući nam da vidimo ono što je dosad bilo nevidljivo.
