LIGO/Jungfrun/KAGRA-samarbetet, en stor grupp forskare vid olika institut världen över, har nyligen satt de starkaste begränsningarna för kosmiska strängar hittills, med hjälp av Advanced LIGO/Virgo full O3 dataset. Denna datauppsättning innehåller de senaste gravitationsvågdata som upptäckts av ett nätverk av tre interferometrar belägna i USA och i Italien.

"Vi ville använda de senaste uppgifterna från den tredje observationskörningen (O3-datauppsättning) för att sätta begränsningar på kosmiska strängar, " Prof. Mairi Sakellariadou från King's College London, som är en del av LIGO-Virgo Collaboration, berättade Phys.org .

Fältteorier förutspår att när universum expanderar och dess temperatur sjunker, den genomgår en rad fasövergångar följt av spontant brutna symmetrier, som kan lämna efter sig topologiska defekter, reliker från det förra, universums mer symmetriska fas.

"Bara för att ge dig ett exempel, om du tar vatten i flytande form och du sänker temperaturen under noll grader Celsius, det kommer att stelna, " sa Sakellariadou. "Inuti en isbit, du kan se filament där vattnet är i flytande form. Detta fenomen kan också hända i universum." Endimensionella topologiska defekter kallas kosmiska strängar. Medan partikelfysikmodeller förutsäger existensen av kosmiska strängar, det finns för närvarande ingen observationsbekräftelse på deras existens.

"De tyngre kosmiska strängarna är, desto starkare blir deras gravitationseffekter, " sa Sakellariadou. Genom att analysera observationsdata, vi kan sätta begränsningar på parametern som talar om för oss hur tunga dessa objekt är, med andra ord epok av kosmisk strängbildning."

Att sätta begränsningar på kosmiska strängar gör det också möjligt för forskare att begränsa partikelfysikmodeller och kosmologiska scenarier. Med hjälp av gravitationsvågdata, forskare kan testa partikelfysikmodeller i energivågor som inte kan nås av acceleratorer som Large Hadron Collider vid CERN.

"Begränsningar beror också på vilken modell av kosmiska strängar vi använder för distributionen av strängslingor, som dikteras av involverade numeriska simuleringar", sa Sakellariadou.

Än så länge, forskare har utvecklat två möjliga numeriska simuleringar. Den första lades fram för flera år sedan av Bouchet, Lorenz, Ringeval och Sakellariadou, medan den andra utvecklades av Blanco-Pillado, Olum och Shlaer.

Nyligen, Auclair, Ringeval, Sakellariadou och Steer utvecklade en ny analytisk strängloopmodell som interpolerar mellan de två som utvecklats tidigare med numeriska simuleringar. Denna nya modell har använts för första gången för att sätta begränsningar på kosmiska strängar med hjälp av gravitationsvågdata från den senaste observationskörningen av LIGO/Virgo/KAGRA-samarbetet.

Anmärkningsvärt, de senaste begränsningarna från LIGO/Virgo/KAGRA-samarbetet är starkare än de som satts av nukleosyntesen från Big Bang, pulsar-timing array, eller kosmisk mikrovågsbakgrund. De har också förbättrats jämfört med tidigare begränsningar som satts av LIGO/Jungfrun med 1 till 2 storleksordningar.

"När mer data blir tillgänglig, vi kommer att kunna sätta ännu starkare begränsningar. Ur en teoretisk synvinkel, dock, det är också viktigt att bygga och undersöka nya kosmiska strängmodeller, och undersöka implikationerna av vårt arbete för partikelfysik bortom standardmodellen och kosmologiska scenarier", sa Sakellariadou.

Forskningen publicerades i Fysiska granskningsbrev .

© 2021 Science X Network