(Phys.org) - Fysiker har upptäckt en överraskande konsekvens av en allmänt stödd modell av det tidiga universum:enligt modellen, små kosmologiska störningar gav chocker i strålningsvätskan bara en bråkdel av en sekund efter big bang. Dessa chocker skulle ha kolliderat med varandra för att generera gravitationella vågor som är tillräckligt stora för att detekteras av dagens gravitationsvågdetektorer.

Fysikerna, Ue-Li Pen vid Canadian Institute for Theoretical Astrophysics i Toronto, och Neil Turok vid Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo, har publicerat ett papper om chockerna i det tidiga universum och deras efterspel i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

Som forskarna förklarar, den mest stödda modellen av det tidiga universum är en med en strålningsdominerad bakgrund som är nästan helt homogen, förutom några små vågor, eller störningar, i strålningen.

I den nya studien, Pen och Turok har teoretiskt visat att några av dessa tidiga, små störningar, som är vågor med liten amplitud, skulle ha spikat för att bilda vågor med stor amplitud, eller stötar. Dessa chocker skulle endast ha bildats vid mycket höga temperaturer, som de som inträffar direkt efter big bang.

Fysikerna visade också att när två eller flera stötar kolliderar med varandra, de genererar gravitationella vågor.

Resultaten tyder på att både kolliderande chocker och sammanslagning av svarta hål-som de som upptäcktes tidigare i år av experimentet Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)-bidrar till gravitationens vågbakgrund. Vissa forskare har tidigare spekulerat i att de sammanfogade svarta hålen kan ha bildats från samma störningar som skapade chockerna och, ytterligare, att svarta hål av denna storlek kan utgöra den mörka materien i vår galax.

Dock, det skulle vara möjligt att skilja mellan sammanfogning av svarta hål och kolliderande stötar eftersom gravitationens vågor som avges av stötar skulle detekteras vid mycket lägre frekvenser idag eftersom våglängden skulle ha töjts av universums expansion. Idag skulle gravitationsvågorna från stötar ha frekvenser på 3 nHz, i motsats till 100 Hz -regimen där LIGO -experimentet för närvarande fungerar.

Baserat på deras analys, forskarna tror att både nuvarande och framtida planerade gravitationsvågdetektorer kommer att kunna detektera frekvenserna av gravitationella vågor som avges av chocker. Dessa frekvenser motsvarar utsläppstider på cirka 10 ^-4 till 10 ^-30 sekunder efter big bang.

En annan intressant konsekvens av stötar i det tidiga universum är att deras interaktioner skulle ha fått den omgivande strålningsvätskan att rotera, genererar virvel. Detta innebär att chocker i det tidiga universum skulle ha genererat entropi i en annars perfekt strålningsvätska, där entropin normalt inte kan öka.

Möjligheten att chocker i det tidiga universum kunde ha genererat gravitationella vågor, virvel, och entropi kan hjälpa forskare att lösa några av de mer förvirrande gåtorna i det tidiga universum, till exempel varför universum har mer materia än antimateria (baryogenesproblemet), liksom ursprunget till de magnetfält som observeras i många astrofysiska föremål.