Există o gaură în povestea modului în care universul nostru a ajuns să fie. În primul rând, universul s-a umflat rapid, ca un balon. Apoi, totul a decurs boom.
Dar modul în care aceste două perioade sunt conectate a evadat fizicieni. Acum, un nou studiu sugerează o modalitate de a lega cele două epoci.
În prima perioadă, universul a crescut dintr-un punct aproape infinit de mic până la aproape un miliard (adică un 1 urmat de 27 zerouri) ori mai mare decât în trilionime de secundă. Această perioadă de inflație a fost urmată de o perioadă de expansiune mai graduală, dar mai violentă, pe care o cunoaștem drept Big Bang. În timpul Big Bang-ului, o minge de foc incredibil de fierbinte de particule fundamentale - precum protoni, neutroni și electroni - s-a extins și s-a răcit pentru a forma atomii, stelele și galaxiile pe care le vedem astăzi.
Teoria Big Bang, care descrie inflația cosmică, rămâne cea mai susținută explicație a modului în care a început universul nostru, dar oamenii de știință sunt încă perplexați de legătura dintre aceste perioade de expansiune cu totul diferite. Pentru a rezolva această conundru cosmic, o echipă de cercetători de la Kenyon College, Massachusetts Institute of Technology (MIT) și Universitatea Olandeză Leiden au simulat tranziția critică între inflația cosmică și Big Bang - perioadă pe care o numesc „reîncălzire”.
"Perioada de reîncălzire post-inflație stabilește condițiile pentru Big Bang și, într-un anumit sens, pune„ bang-ul "în Big Bang", a declarat David Kaiser, profesor de fizică la MIT, într-un comunicat. „Este această perioadă de punte în care tot iadul se dezleagă și materia se comportă în orice alt mod decât într-un mod simplu”.
Când universul s-a extins într-o clipă de secundă în timpul inflației cosmice, toată materia existentă a fost răspândită, lăsând universul un loc rece și gol, lipsit de supa fierbinte de particule necesare pentru a aprinde Big Bang. În perioada de reîncălzire, se consideră că inflația care propulsează energia se descompune în particule, a declarat Rachel Nguyen, doctorandă în fizică la Universitatea din Illinois și autor principal al studiului.
"Odată ce aceste particule sunt produse, acestea sări în jurul și se bat una în cealaltă, transferând impuls și energie", a spus Nguyen pentru Live Science. „Și asta este ceea ce termalizează și reîncălzește universul pentru a stabili condițiile inițiale pentru Big Bang.”
În modelul lor, Nguyen și colegii ei au simulat comportamentul unor forme exotice de materie numite inflaturi. Oamenii de știință cred că aceste particule ipotetice, similare în natură cu bosonul Higgs, au creat câmpul energetic care a condus la inflația cosmică. Modelul lor a arătat că, în condiții potrivite, energia gonflabilor ar putea fi redistribuită eficient pentru a crea diversitatea de particule necesare reîncălzirii universului. Și-au publicat rezultatele pe 24 octombrie în revista Physical Review Letters.
Un creuzet pentru fizica cu energie mare
„Când studiem universul timpuriu, ceea ce facem cu adevărat este un experiment cu particule la temperaturi foarte ridicate”, a declarat Tom Giblin, profesor asociat de fizică la Kenyon College din Ohio și co-autor al studiului. "Tranziția de la perioada inflaționistă rece la cea caldă este una care ar trebui să dețină câteva dovezi esențiale cu privire la ce particule există cu adevărat la aceste energii extrem de mari."
O întrebare fundamentală care îi afectează pe fizicieni este modul în care se comportă gravitația la energiile extreme prezente în timpul inflației. În teoria lui Albert Einstein despre relativitatea generală, se crede că toată materia este afectată de gravitație în același mod, unde forța gravitației este constantă indiferent de energia unei particule. Cu toate acestea, din cauza lumii ciudate a mecanicii cuantice, oamenii de știință consideră că, la energii foarte mari, materia răspunde diferit la gravitație.
Echipa a inclus această presupunere în modelul lor prin modificarea cât de puternic au interacționat particulele cu gravitația. Aceștia au descoperit că, cu cât au crescut forța gravitațională, cu atât inflaionii transferau energie pentru a produce grădina zoologică a particulelor de materie fierbinte găsite în timpul Big Bang.
Acum, ei trebuie să găsească dovezi care să-și sprijine modelul undeva în univers.
"Universul deține atât de multe secrete codificate în moduri foarte complicate", a spus Giblin pentru Live Science. "Este treaba noastră să învățăm despre natura realității, venind cu un dispozitiv de decodare - o modalitate de a extrage informații din univers. Folosim simulări pentru a face predicții despre cum ar trebui să arate universul, astfel încât să putem începe efectiv decodarea. Această perioadă de reîncălzire ar trebui să lase o amprentă undeva în univers. Trebuie doar să o găsim. "
Dar găsirea acestei amprente ar putea fi dificilă. Cea mai veche viziune a universului este o bulă de radiații rămasă de la câteva sute de mii de ani după Big Bang, numită fundal cosmic cu microunde (CMB). Cu toate acestea, CMB indică doar starea universului în acele prime secunde critice de naștere. Fizicienii precum Giblin speră că viitoarele observații ale undelor gravitaționale vor oferi indicii finale.
