حافظه موج گرانشی می‌تواند در پیدا کردن رشته‌های فرّار کیهانی کمک کند

 

فرادید؛ بسیاری از نظریه‌های جهان اولیه پیش بینی می‌کنند که کیهان باید پر از شکاف‌هایی در فضا-زمان باشد که رشته‌های کیهانی نامیده می‌شوند، اما هنوز هیچ رشته کیهانی شناسایی نشده است. اکنون پیشنهاد جدیدی میگوید که شاید لازم باشد آن‌ها را نه از روش سنتی نجوم، بلکه از طریق نشانه‌های آن‌ها روی موج گرانشی جست و جو کنیم که تا مدت‌های زیادی پس از نابودی رشته‌های کیهانی دوام آورده و به ما رسیده اند.

زمانی که جهان حتی یک ثانیه هم عمر نداشت یکی از شدیدترین گذار فاز‌های خود را تجربه کرد. اتفاقی که تا به امروز تکرار نشده است. این گذار فاز، چینش جهان را به طور کامل تغییر داد طوری که نیروی متحد به صورت چهار نیروی بنیادی جدا شد: گرانش، نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف و الکترومغناطیس. با جدا شدن نیروها، انرژی خلا کوانتومی فضا-زمان برای پشتیبانی از نیرو‌های جدید دوباره خود را تنظیم کرد. اما این بازآرایی کامل نبود. لحظه‌ای به مثال گذار فاز آب مایع به یخ فکر کنید ، بعد از یخ زدن آب، ملوکول‌های آب در بخشی از یخ جهت گیری متفاوتی با بخش دیگر یخ دارند. این تفاوت‌ها باعث به وجود آمدن نقایصی در بلور یخ می‌شود. این نقایص به سادگی در بلور یخ دیده می‌شوند، اما دیده شدن آن‌ها در فضا-زمان بسیار سخت‌ تر است. نقایصی که در حین گذار فاز اولیه جهان ظاهر شد می‌تواند در ابعاد مختلفی وجود داشته باشد، اما شایع‌ترین شکل آن یک شکاف یک بعدی است که به عنوان یک رشته کیهانی شناخته می‌شود.

 

رویارویی با یک رشته کیهانی ترسناک به نظر می‌رسد. عرض آن از یک پروتون بیشتر نیست، اما می‌تواند در کمتر از یک کیلومتر جرمی معادل کل زمین داشته باشد، به دلیل طریقه‌ای که یک رشته کیهانی می‌تواند بافت فضا-زمان را جمع کند، می‌توان یک دور کامل به دور یکی از آن‌ها چرخید بدون اینکه لازم باشد 360 درجه را طی کنید. رشته‌های کیهانی همچنین نوری که از اشیا پس زمینه می‌آید را شکافته و باعث میشود که دو تایی به نظر برسند. بسته به نحوه تعامل آن‌ها با سایر ذرات و نیروها، رشته‌های کیهانی ممکن است با تابش‌های شدید و ذرات پرانرژی بدرخشند.

بهترین راه برای جستجوی یک رشته کیهانی جستجوی خود رشته نیست، بلکه زمانی است که آن‌ها در خود یا دیگران تنیده می‌شوند. وقتی این اتفاق می‌ افتد، حلقه‌ هایی از رشته‌ های گره خورده شکل می‌ گیرند. این حلقه‌ ها بسیار ناپایدار هستند؛ تا زمانی که بتوانند انرژی کافی ساطع کنند و از بین بروند، دیوانه وار ارتعاش می‌ کنند. کیهان شناسان زمانی فکر می‌ کردند که رشته‌ها به قدری معمول هستند که استخوان بندی بزرگترین ساختار‌های کیهان را تشکیل می‌ دهند. اما بررسی‌ ها چنین چیزی را نشان ندادند. مقاله جدیدی که اخیرا منتشر شده است رویکرد جدیدی را پیشنهاد می‌ دهد: به جای جستجوی نشانه‌ های مستقیم رشته‌ های کیهانی باید نشانه‌های غیرمستقیم را جستجو کنیم مانند اثری که در فضا-زمان باقی می‌گذارند.

 

حلقه‌ های رشته‌های کیهانی بسیار بزرگ و ناپایدار هستند. این ترکیب قدرتمندی است که می‌ تواند مقادیر زیادی امواج گرانشی ایجاد کند. اما حلقه‌ های جداگانه نمیتوانند اینگونه باشند. ابزار‌های کنونی حساسیت کافی برای تشخیص یک حلقه مرتعش منفرد را ندارند.

امواج گرانشی دقیقا مانند امواج آب با امواج صوتی نیستند. آن‌ها فقط از فضا-زمان عبور نمی‌کنند بلکه می‌ توانند فضا-زمان را به طور دائمی تغییر شکل دهند و یک خاطره پس زمینه از عبور خود به جا بگذارند.

در مطالعه اخیر، اخترفیزیک دانان دریافتند که قوی‌ ترین امواج هنگامی تشکیل می‌شوند که در حلقه شکستگی تیزی وجود داشته باشد.

با توجه به این که اخترشناسان هیچ شاهدی برای رشته‌ های کیهانی نیافته اند، نظریه پردازان مدت هاست می‌اندیشند که شاید رشته‌ های کیهانی مدت‌ها قبل از هم پاشیده شده باشند، اما شاید بتوان در میان امواج گرانشی ردی از آن‌ها را بیابیم حتی اگر دیگر وجود نداشته باشند .

 

و اما یک سوال اساسی: آیا می‌ توانیم این خاطرات را تشخیص دهیم؟ گفتن آن کمی زود است. روش معمول ما برای درک گرانش در نزدیکی تیزی و شکستگی رشته‌های کیهانی به کار نمی‌ آید، بنابراین دقیقا مطمئن نیستیم که چه اثراتی ممکن است در فضا-زمان اطراف ظاهر شود .

یک احتمال این است که انرژی گرانشی آزاد شده توسط تیزی‌ ها به سرعت سیاه چاله‌ های کوچکی را شکل دهند. در این حالت مقدار کمی موج گرانشی ایجاد می‌شود، زیرا بیشترین مقدار انرژی به فرایند ساخت سیاه چاله‌ها انتقال می‌یابد. با این حال اگر تمام انرژی به سمت تشکیل امواج گرانشی می‌رفت در این صورت آن‌ها با نسل بعدی ردیاب‌ های گرانشی، مانند آنتن فضایی تداخل سنج لیزری، قابل شناسایی بودند .

امواج گرانشی پیشگویی کلیدی نسبیت عام است و ستاره شناسان به آرامی در حال توسعه فناوری لازم برای دیدن این رد پا‌ها هستند. یافتن خاطرات رشته‌ های کیهانی یک توفیق مضاعف خواهد بود، تأییدی بر نظریه نسبیت عام انیشتین و نخستین مشاهدات از بقایای ثانیه اول جهان .

منبع: Space