فیزیکدان ها موفق شدند سیگنال هایی که در کسری از ثانیه بعد از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) ساطع گردید را محاسبه نمایند.

گویا آی تی – برای اولین بار، فیزیکدانان نظری موفق شدند فرکانس دقیق سیگنالهای امواج گرانشی خاصی که در کسری از ثانیه بعد از انفجار بزرگ پدید آمدند را محاسبه کنند.
در مورد فرکانس بوزون هیگز نیز وضعیت مشابهی پیش آمد، یعنی دانشمندان قبل از شناسایی خود این بوزون ها فرکانس آنها را تشخیص دادند. این بدان معناست که دانشمندان اکنون می توانند ردیابی سیگنال های پدیده های کیهانی که مدت هاست به وجود آمده اند، یعنی “oscillons” را آغاز کنند. این کار به آنها کمک می کند بیش از هر زمان دیگری به عقب برگردند و فرآیند شکل گیری جهان را مطالعه نمایند.

وجود امواج کیهانی، در سال ۱۹۱۶ توسط اینشتین پیش بینی شده بود، اما تا همین سال گذشته وجود آنها مورد تایید دانشمندان قرار نگرفت.
این امواج، با همه امواج دیگری که از فضا سرچشمه می گیرند، متفاوت هستند. آنها راه کاملا جدیدی برای مطالعه جهان پیش روی ما قرار می دهند.
مادامی که امواج گرانشی در جهان جاری هستند، پیوستار فضا – زمان را می کِشند و هندسه خود فضا را تغییر می دهند.
پیش بینی می شود همه جرم های شتابدار، امواج گرانشی از خود ساطع کنند، اما این امواج را به سختی می توان شناسایی کرد. تا کنون فقط توانسته ایم امواج ساطع شده از منابع بسیار عظیم، مانند امواج حاصل از ادغام دو سیاه چاله بسیار بزرگ را شناسایی کنیم.
اما هر چه ابزارهای حساستری بسازیم، بهتر می توانیم به امواج گرانشی “گوش دهیم” و از آنها برای دریافتن چیزهای بیشتر در مورد تولد جهان استفاده کنیم.
اگر بدانیم به دنبال چه چیزی هستیم، این امر امکان پذیر است.

برای آنکه به دانشمندان بگوییم در میان همه سر و صداهای موجود در جهان دقیقا باید به دنبال چه صدایی باشند، گروهی از فیزیکدانان نظری از دانشگاه بازل سوئیس، چیزی که “زمینه تصادفی امواج گرانشی” نامیده می شود را مورد مطالعه قرار دادند. زمینه تصادفی امواج گرانشی، شدت و فرکانس طیفی از امواج گرانشی است که احتمالا بعد از انفجار بزرگ ساطع شده اند.
ایده اصلی آن است که، وقتی بتوانیم تعداد کمی سیگنال را شکار کنیم، برای تایید اینکه آیا آنها واقعا وجود دارند یا خیر، روی این چند سگنال آزمایش های تجربی انجام دهیم.
امواج گرانشی حاصل از انفجار بزرگ، چه شکلی هستند؟
برای پاسخ به این سوال، باید بدانیم در اولین لحظات تولد جهان چه اتفاقی افتاده است.
فقط در کسری از ثانیه بعد از وقوع انفجار بزرگ، هر چیزی که در جهان وجود داشت هنوز بسیار کوچک و متراکم بود. سرپرست این تیم تحقیقاتی، یعنی استفان انتوش می گوید “در آن لحظه کل جهان را می شد در یک زمین فوتبال جای داد”.
این جهان فوق العاده کوچک، فقط در یک بازه زمانی بسیار کوتاه در این حالت بود. فیزیکدانان معتقدند در آن زمان بسیار کوتاه، جهان تحت تسلط یک ذره فرضی به نام اینفلاتون (inflaton) بوده است.

این اینفلاتون ها، تحت نوسانات شدید بودند و گاهی توده هایی را شکل می داند که باعث می شد در یک ناحیه محدود از فضا نوسان کنند.
اینگونه نواحی را oscillon می نامند. محققان نشان داده اند که امواج گرانشی ساطع شده از این نواحی به اندازه ای قوی بوده، که ما هنوز هم می توانیم آنها را در فضا پیدا کنیم.
انتوش می گوید “هر چند oscillon ها مدت ها قبل به وجود آمده اند و فرآیند پدیدار شدن آنها میلیون ها سال پیش متوقف شده، اما امواج گرانشی که از آنها به وجود آمده، در حال حاضر همه جا وجود دارند. با استفاده از این امواج می توانیم بیش از هر زمان دیگری به عقب برگردیم و فرآیند شکل گیری جهان را مطالعه کنیم”.
این تیم تحقیقاتی با استفاده از شبیه سازی های عددی توانسته شکل دقیق سیگنال oscillon را شبیه سازی کند. این سیگنال در یک طیف گسترده از زمینه تصادفی امواج گرانشی، دارای یک نقطه اوج مجزا می باشد.

اگر بخواهیم اولین لحظات تولد جهان را بهتر مورد مطالعه قرار دهیم، پرداختن به این نقاط اوج روش خوبی است.
انتوش می گوید “پیش از انجام این محاسبات، فکر نمی کردیم که oscillon ها چنین سیگنالهای قدرتمندی را با این فرکانس خاص تولید کرده باشند”.
البته این محاسبات، بخش نسبتا ساده تحقیقات ما هستند. در حال حاضر، فیزیکدانان تجربی باید سیگنالهای پیش بینی شده را بردارند و تلاش کنند با استفاده از آشکارسازهای امواج گرانشی مانند LIGO، آنها را شناسایی نمایند.

سیگنال های قدرتمند زیادی وجود داشته اند که ابتدا توسط فیزیکدانان نظری محاسبه شدند و سپس با آزمایش های مختلف وجود آنها تایید شده است. این فرآیند، درک ما از جهان را برای همیشه تغییر داد (مانند اتفاقی که در مورد بوزون هیگز افتاد).
ما هنوز در آغاز راه مطالعه فیزیک امواج گرانشی هستیم.
نتایج این تحقیق در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.