O nouă teorie surprinzătoare sugerează că undele gravitaționale au modelat Universul

Așa cum valurile oceanului ne modelează țărmurile, ondulațiile spațiu-timpului ar fi putut plasa cândva Universul pe o cale evolutivă care a dus la cosmosul așa cum îl vedem astăzi.

O nouă teorie sugerează că undele gravitaționale – mai degrabă decât particule ipotetice numite „inflatoni” de la „câmpul inflaton” – au determinat expansiunea timpurie a Universului și redistribuirea materiei în acesta.

„Timp de decenii, am încercat să înțelegem momentele timpurii ale Universului folosind modele bazate pe elemente pe care nu le-am observat niciodată.

Ceea ce face ca această propunere să fie interesantă este simplitatea și verificabilitatea sa. Nu adăugăm elemente speculative, ci mai degrabă demonstrăm că gravitația și mecanica cuantică ar putea fi suficiente pentru a explica cum a apărut structura cosmosului”, explică primul autor al lucrării, astrofizicianul teoretician Raúl Jiménez de la Universitatea din Barcelona.

Nu știm cu siguranță cum s-au desfășurat primele etape ale Universului după Big Bang, acum aproximativ 13,8 miliarde de ani.

Tot ce pot face oamenii de știință în acest moment este să vină cu teorii care să se potrivească cu fizica Universului pe care îl observăm.

Aceste teorii sunt destul de bune, dar există deficiențe evidente. De exemplu, descoperirea de către JWST a unui număr mare de galaxii masive mai devreme în Univers decât se așteptau cosmologii.

Cronologia acceptată în prezent a evoluției Universului implică o perioadă de expansiune rapidă, sau inflație, imediat după Big Bang.

Dintr-un singur punct unidimensional de densitate infinită – o singularitate, descrierea matematică a Universului chiar înainte de Big Bang – Universul s-a mărit rapid, iar plasma fierbinte s-a răcit pentru a forma materie.

Inflatonul este o particulă speculativă sau un câmp cuantic pe care oamenii de știință îl folosesc pentru a explica inflația cosmologică și netezimea surprinzătoare a cosmosului.

În teorie, „câmpul inflaton” determină expansiunea rapidă a Universului, permițând în același timp variații ale densității plasmei care, în cele din urmă, se condensează în găuri negre, galaxii, stele și toate celelalte bucăți de materie împrăștiate în tot Universul.

În ciuda eforturilor noastre, fizicienii nu au găsit nicio dovadă care să susțină existența „inflatonului”.

Jiménez și colegii săi au vrut să știe dacă există o altă modalitate – dacă putem explica evoluția timpurie a Universului folosind parametri diferiți care se bazează mai puțin pe elemente speculative.

Ei au pornit de la un model foarte simplificat al Universului real, în concordanță cu relativitatea generală și cu observațiile actuale ale expansiunii Universului, numit spațiu de Sitter.

În acest domeniu, fluctuațiile cuantice în spațiu-timp – adică undele gravitaționale – pot fi generate de un tip de turbulență denumită perturbații tensoriale.

Se crede că în prezent undele gravitaționale umplu Universul. Acestea sunt ondulațiile generate în spațiu-timp de perturbări masive. Cele pe care le putem detecta în prezent sunt generate de coliziuni între obiecte masive și dense, cum ar fi stelele neutronice și găurile negre, dar fizicienii cred că în Univers există un fundal de unde gravitaționale prea mari pentru a le putea detecta (încă).

Cercetătorii au descoperit că undele gravitaționale generate de perturbațiile tensoriale din modelul lor spațio-temporal ar putea crea variații de densitate în plasma primordială și, de asemenea, ar putea amplifica expansiunea timpurie a Universului.

În cele din urmă, aceste variații ar crea aglomerări suficient de dense pentru a colapsa sub acțiunea gravitației și a forma semințele Universului timpuriu – primele stele, galaxii și găuri negre.

Credit: Milad Fakurian / unsplash.com/

Aceasta este o soluție atât de elegantă, care elimină dependența de ipoteze pentru forța motrice din spatele evoluției timpurii a întregului Univers, deși, desigur, sunt necesare lucrări suplimentare pentru a o verifica.

Cu toate acestea, „mecanismul propus de noi ar putea elimina necesitatea unui scenariu dependent de model: alegerea unui câmp scalar, „campul inflaton”, pentru a stimula inflația”, scriu cercetătorii.

Lucrarea lor a fost publicată în Physical Review Research.

Traducere după Wild New Theory Suggests Gravitaţional Waves Shaped The Universe