För första gången, teoretiska fysiker från universitetet i Basel har beräknat signalen från specifika gravitationsvågkällor som framkom bråkdelar av en sekund efter Big Bang. Källan till signalen är ett förlorat kosmologiskt fenomen som kallas "oscillon". Journalen Fysiska granskningsbrev har publicerat resultaten.

Även om Albert Einstein redan hade förutsagt förekomsten av gravitationella vågor, deras existens bevisades inte förrän hösten 2015, när mycket känsliga detektorer tog emot de vågor som bildades under sammanslagningen av två svarta hål. Gravitationsvågor skiljer sig från alla andra kända vågor. När de reser genom universum, de krymper och sträcker ut kontakten mellan rum och tid; med andra ord, de snedvrider själva rymdets geometri. Även om alla accelererande massor avger gravitationella vågor, dessa kan bara mätas när massan är extremt stor, som är fallet med svarta hål eller supernovor.

Gravitationsvågor transporterar information från Big Bang

Dock, gravitationella vågor ger inte bara information om stora astrofysiska händelser av detta slag utan ger också en inblick i universums bildande. För att lära dig mer om detta stadium av universum, Prof. Stefan Antusch och hans team från Institutionen för fysik vid universitetet i Basel forskar om vad som kallas gravitationsvågornas stokastiska bakgrund. Denna bakgrund består av gravitationella vågor från ett stort antal källor som överlappar varandra, tillsammans ger ett brett spektrum av frekvenser. De baselbaserade fysikerna beräknar förutsagda frekvensområden och intensiteter för vågorna, som sedan kan testas i experiment.

Ett mycket komprimerat universum

Strax efter Big Bang, universum vi ser idag var fortfarande väldigt litet, tät, och het. "Föreställ dig något om storleken på en fotboll, "Förklarar Antusch. Hela universum komprimerades till detta mycket lilla utrymme, och det var extremt turbulent. Modern kosmologi antar att universum vid den tiden dominerades av en partikel som kallas inflaton och dess tillhörande fält.

Oscilloner genererar en kraftfull signal

Inflaton genomgick intensiva fluktuationer, som hade speciella egenskaper. De bildade klumpar, till exempel, får dem att svänga i lokaliserade rymdområden. Dessa regioner kallas oscilloner och kan tänkas som stående vågor. "Även om oscillonerna sedan länge har upphört att existera, gravitationsvågorna som de avger är allestädes närvarande - och vi kan använda dem för att titta längre in i det förflutna än någonsin tidigare, säger Antusch.

Med hjälp av numeriska simuleringar, den teoretiska fysikern och hans team kunde beräkna formen på oscillonsignalen, som avgavs bara bråkdelar av en sekund efter Big Bang. Det framstår som en uttalad topp i det annars ganska breda spektrumet av gravitationsvågor. "Vi skulle inte ha trott innan våra beräkningar att oscilloner skulle kunna producera en så stark signal vid en specifik frekvens, "Förklarar Antusch. Nu, i ett andra steg, experimentella fysiker måste faktiskt bevisa signalens existens med hjälp av detektorer.