Gravitationswellen können Auskunft über den Beginn der Zeit geben

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Bearbeitet von Tech Innovation Website – 24.01.2023

Eine numerische Simulation von Neutronensternen, die zu einem Schwarzen Loch verschmelzen, wobei ihre Akkretionsscheiben interagieren, um elektromagnetische Wellen zu erzeugen.
[Imagem: L. Rezolla (AEI)/M. Koppitz (AEI/Zuse-Institut Berlin)]

Gehen Sie mit Gravitationswellen in der Zeit zurück

Die Gravitationswellenastronomie könnte uns mehr Informationen liefern, als die enthusiastischsten Astronomen und Astrophysiker damals erwartet hätten Die ersten Gravitationswellen Es wurde 2015 entdeckt.

Sie können uns helfen, zum Anfang von allem, was wir wissen, zurückzugehen und Informationen über das Universum unmittelbar nach dem Urknall zu liefern. Das Geheimnis liegt darin, zu verstehen, wie diese Wellen im Gewebe des Universums durch Planeten, Sterne, Galaxien und sogar das verfeinerte Zentrum von Galaxien fließen.

„Wir können das frühe Universum nicht direkt sehen, aber vielleicht können wir es indirekt sehen, wenn wir uns ansehen, wie Gravitationswellen damals die Materie und Strahlung beeinflussen, die wir heute sehen können“, schlagen Deben Garg und Ilya Dudin von der Princeton Plasma Physics vor Labor (PPPL).

Die Idee kam von weit her: Die beiden Physiker untersuchten die Stromerzeugung durch Kernfusion, die sich den Prozess zunutze macht, der Sterne antreibt, um auf der Erde Strom zu erzeugen, ohne Treibhausgase auszustoßen. Dazu muss berechnet werden, wie sich elektromagnetische Wellen durch Plasma bewegen, die Suppe aus Elektronen und Atomkernen, die als Tokamak bekannte Fusionsgeneratoren antreiben Sterne.

Damals erkannte das Paar, dass dieser Vorgang der Bewegung von Gravitationswellen durch Materie ähnelt. „Wir haben den Plasmawellenmechanismus eingesetzt, um das Gravitationswellenproblem zu lösen“, sagte Garg.

Kollektivmodus von Gravitationswellen

Gravitationswellen, 1916 von Albert Einstein aufgrund seiner Relativitätstheorie vorhergesagt, sind Störungen der Raumzeit, die durch die Bewegung sehr massereicher Objekte verursacht werden und sich mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum ausbreiten.

Garg und Dodin haben Formeln entwickelt, die es ermöglichen, aus Gravitationswellendaten Informationen über die Eigenschaften von Himmelskörpern wie Sternen zu extrahieren, die Millionen oder Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Insbesondere wenn Gravitationswellen durch Materie fließen, erzeugen sie „Licht“, dessen Eigenschaften von der Dichte des Materials abhängen, durch das sie hindurchtreten.

Diese Gleichungen erweitern die Theorie der Gravitationswellen um die Wechselwirkung von Gravitationswellen mit stellarem Plasma, dem interstellaren Medium oder katastrophalen Ereignissen wie der Verschmelzung sehr massereicher Körper. Sie ermöglichen es, Informationen zu erfassen, die der Polarisation von Wellen eingeprägt sind, die dieses Plasma passieren.

Insbesondere zeigen wir, dass diese Formulierung die kinetische Jennes-Instabilität als einen kollektiven Modus von Gravitationswellen mit ungerader Polarisation, abgeleitet von der Streumatrix, beinhaltet, anstatt sie anzunehmen. ersteDas Duo schrieb: Die Instabilität der Jeans verursacht den Zusammenbruch interstellarer Gaswolken und die anschließende Sternentstehung.

Stimmt die Theorie, lassen sich damit Eigenschaften von Himmelskörpern entdecken, die die uns erreichende Gravitationswelle durchdrungen hat – unabhängig von ihrem Alter. Diese Technologie könnte auch zu Entdeckungen über die Kollision von Neutronensternen und Schwarzen Löchern, den extrem toten Überresten von Sternen, führen. Und laut dem Duo könnte es sogar Informationen darüber enthüllen, was während des Urknalls und den allerersten Momenten unseres Universums geschah.

Mit den fertigen Gleichungen bleibt es nun, zur Erde zurückzukehren und zu prüfen, ob die Theorie gilt. „Wir haben jetzt einige Formeln, aber um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, ist etwas mehr Arbeit erforderlich“, erklärte Garg.

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