Дослідники вважають, що якщо гравітаційні хвилі дійсно виникли з фазового переходу першого порядку, це вказує на наявність невідомих аспектів фізики.
Минулого року фізики вперше зафіксували слабкий низькочастотний фоновий шум гравітаційних хвиль у Всесвіті. Спочатку припускали, що цей шум пов’язаний із фазовим переходом, що стався незабаром після Великого вибуху. Однак нове дослідження, опубліковане в журналі Physical Review Letters, ставить під сумнів цю гіпотезу.
Дослідники пояснюють, що спочатку низькочастотні гравітаційні хвилі пов’язували з фазовим переходом, який стався майже одразу після Великого вибуху і призвів до утворення маси всіх фундаментальних частинок.
Фазові переходи – це різкі зміни властивостей речовини, що відбуваються при досягненні певної критичної температури. Наприклад, коли вода замерзає і перетворюється на лід, це теж фазовий перехід. Бувають й інші, більш екзотичні фазові переходи, наприклад, за наднизьких температур, де процес замерзання сповільнюється.
Вважається, що на початку існування Всесвіту стався фазовий перехід першого порядку, який спричинив появу гравітаційних хвиль – коливань у структурі простору-часу. Ці хвилі можуть допомогти вченим зрозуміти умови, що існували під час ранньої космічної інфляції – періоду швидкого розширення Всесвіту.
Згідно з теорією відносності Ейнштейна, масивні об’єкти, що прискорюються, спотворюють простір-час, створюючи гравітаційні хвилі. Наприклад, зіткнення чорних дір і нейтронних зірок викликають потужні гравітаційні хвилі, які можуть бути зафіксовані.
Гравітаційні хвилі, подібно до електромагнітних, розрізняються за частотою. Високочастотні хвилі більш енергійні, ніж низькочастотні. Минулого року фізики виявили гравітаційні хвилі з частотами, нижчими за ті, які виникають під час злиття надмасивних чорних дір і нейтронних зірок. Це вказує на наявність іншого джерела низькочастотних хвиль. У новому дослідженні припускається, що цим джерелом може бути надхолодний фазовий перехід, який стався відразу після Великого вибуху.
Однак існує проблема. Такий перехід був би несподіваним в умовах швидкої космічної інфляції. Повільні переходи можуть не встигнути завершитися, оскільки швидкість їхнього протікання менша за швидкість розширення Всесвіту. Навіть якщо цей процес прискориться, частота створюваних хвиль теж зросте, що суперечить спостереженням.
Дослідники вважають, що якщо ці гравітаційні хвилі дійсно виникли з фазового переходу першого порядку, це вказує на наявність невідомих аспектів фізики. Додаткові дослідження можуть допомогти глибше зрозуміти перший фазовий перехід і пролити світло на найфундаментальніші питання про походження Всесвіту.