Znanstvenici su došli do fascinantnih novih spoznaja o strukturi svemira analizirajući gravitacijske valove nastale u sudarima crnih rupa. Studija, objavljena u časopisu Physical Review Letters, koristi podatke detektora Advanced LIGO i Virgo kako bi istražila fenomen zrcalne asimetrije i njegove implikacije na razumijevanje prostor-vremena.
Simetrija svemira kroz gravitacijske valove
U središtu ovog revolucionarnog istraživanja nalazi se kozmološki princip, temelj moderne kozmologije. Prema ovom principu, svemir je na velikim razmjerima izotropan i homogen—što znači da izgleda isto bez obzira na to gdje se promatrač nalazi. Ovo također podrazumijeva da svemir ne favorizira objekte koji se vrte u jednom smjeru u odnosu na one u suprotnom smjeru, čime se održava “zrcalna simetrija.”
Einsteinova opća teorija relativnosti objašnjava kako masivni kozmički događaji poput sudara crnih rupa stvaraju gravitacijske valove—nabori u prostor-vremenu koji putuju brzinom svjetlosti. Poput svjetlosnih valova, gravitacijski valovi mogu pokazati polarizaciju, s preferencijom rotacije u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru.
Neki sudari crnih rupa, osobito oni s precesijskim orbitalnim ravninama, mogu proizvesti neravnotežu u tim polarizacijama, čime se krši zrcalna simetrija. Cilj ove studije bio je utvrditi jesu li te asimetrije postojane ili se u prosjeku poništavaju na razini cijelog svemira, kao što kozmološki princip predviđa.
Jednostavna analogija s nogometom
Kako bi objasnio koncept, vodeći autor studije, Juan Calderón Bustillo iz Instituta Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), ponudio je zanimljivu usporedbu s nogometom.
“Kada igrač udari loptu unutarnjom stranom stopala, lopta se vrti u jednom smjeru, dok vanjska strana stvara suprotnu rotaciju. Većina igrača preferira unutarnju stranu jer pruža bolju kontrolu, stvarajući prirodnu asimetriju,” objašnjava Bustillo.
Na sličan način, gravitacijski valovi mogli bi pokazivati takvu asimetriju ako zrcalna simetrija svemira nije savršena.
Analiza gravitacijskih valova iz 47 sudara crnih rupa rezultirala je s tri ključna otkrića:
- Podaci podržavaju kozmološki princip
Rezultati pokazuju da nema značajnog viška polarizacije u promatranim podacima, što podržava kozmološki princip. Međutim, suautor dr. Nicolas Sanchis-Gual sa Sveučilišta u Valenciji naglašava da je uzorak još uvijek ograničen i da su potrebna daljnja istraživanja. - Izuzetak koji krši zrcalnu simetriju
Sudar poznat kao GW200129 jedini je sustav koji nedvosmisleno krši zrcalnu simetriju. Ovaj sustav ima precesijsku orbitalnu ravninu, što se poklapa s teorijskim predviđanjima. Zanimljivo je da istraživanje sugerira kako najmanje 82% analiziranih sudara može pokazivati slične asimetrije, što ukazuje na prisutnost precesijskih orbita u mnogim drugim sustavima. - Važnost za kvantnu gravitaciju
Suautor dr. Adrian del Rio sa Sveučilišta Carlos III u Madridu ističe da asimetrični sudari poput GW200129 mogu proizvoditi polarizirane fotone putem mehanizama sličnih Hawkingovom zračenju.
“Naši rezultati sugeriraju da gravitacija može skrivati mehanizme koji stvaraju asimetrije,” naglašava del Rio. Ovo otkriće moglo bi pružiti dodatne uvide u neriješene misterije poput Hubbleove napetosti—nesuglasice u mjerenjima brzine širenja svemira.
Ova studija otvara nove mogućnosti za razumijevanje temeljnih simetrija svemira. Korištenjem gravitacijskih valova kao prirodnih laboratorija, znanstvenici mogu otkriti skrivene asimetrije koje će oblikovati naše spoznaje o gravitaciji, prostor-vremenu i kozmičkoj evoluciji.
