Resultaten av simuleringen visar tillväxten av små, extremt täta strukturer mycket snart efter inflationsfasen av det mycket tidiga universum. Mellan initial- och sluttillståndet i simuleringen (överst till vänster respektive höger), det visade området har utökats till tio miljoner gånger sin ursprungliga volym, men är fortfarande många gånger mindre än det inre av en proton. Den förstorade klumpen längst ner till vänster skulle ha en massa på cirka 20 kg. Kredit:Jens Niemeyer, Högskolan i Göttingen
Universums allra första ögonblick kan rekonstrueras matematiskt även om de inte kan observeras direkt. Fysiker från universiteten i Göttingen och Auckland (Nya Zeeland) har avsevärt förbättrat förmågan hos komplexa datorsimuleringar för att beskriva denna tidiga epok. De upptäckte att ett komplext nätverk av strukturer kan bildas på den första biljondels sekunden efter Big Bang. Dessa objekts beteende efterliknar fördelningen av galaxer i dagens universum. I motsats till idag, dock, dessa urstrukturer är mikroskopiskt små. Typiska klumpar har en massa på bara några gram och passar in i volymer som är mycket mindre än dagens elementarpartiklar. Resultaten av studien har publicerats i tidskriften Fysisk granskning D .
Forskarna kunde observera utvecklingen av regioner med högre densitet som hålls samman av sin egen gravitation. "Det fysiska utrymmet som representeras av vår simulering skulle passa in i en enda proton en miljon gånger om, säger professor Jens Niemeyer, chef för Astrophysical Cosmology Group vid universitetet i Göttingen. "Det är förmodligen den största simuleringen av universums minsta yta som har genomförts hittills." Dessa simuleringar gör det möjligt att beräkna mer exakta förutsägelser för egenskaperna hos dessa rester från universums allra första början.
Även om de datorsimulerade strukturerna skulle vara mycket kortlivade och så småningom "förångas" till standardelementarpartiklar, spår av denna extrema tidiga fas kan upptäckas i framtida experiment. "Bildandet av sådana strukturer, såväl som deras rörelser och interaktioner, måste ha genererat ett bakgrundsljud av gravitationsvågor, säger Benedikt Eggemeier, en Ph.D. student i Niemeyers grupp och första författare till studien. "Med hjälp av våra simuleringar, vi kan beräkna styrkan på denna gravitationsvågssignal, som kan vara mätbara i framtiden."
Det är också tänkbart att små svarta hål kan bildas om dessa strukturer genomgår skenande kollaps. Om detta händer kan de få observerbara konsekvenser idag, eller utgör en del av den mystiska mörka materien i universum. "Å andra sidan, säger professor Easther, "Om simuleringarna förutsäger att svarta hål bildas, och vi ser dem inte, då kommer vi att ha hittat ett nytt sätt att testa modeller av spädbarnsuniversum."
