宇宙學家認為,在宇宙創造之初,自然界的所有力量在短短一秒鐘內就統一了。但是隨著宇宙的膨脹和冷卻,“原”力分解為四種基本力:萬有引力、電磁力和強弱力。
根據一些模型,宇宙的冷卻過程如此之快,以至于時空結構崩潰,形成一個充滿純能量的薄管狀網絡,遍布可觀測的宇宙。
這就是宇宙弦的可能起源。
關于它的理論出現在20世紀70年代,明顯超出了實驗范圍(宇宙弦的質量至少和星系的質量一樣)。但是現在,一些物理學家認為他們已經瞥見了這些巨大結構的第一個證據。
歐洲粒子物理研究所(CERN)的理論物理學家凱施密茨(Kai Schmitz)表示:“最初的跡象似乎非常有希望。”。但他指出,在宣稱發現宇宙弦之前,還有很長的路要走。
“如果你找到了宇宙弦,這將是本世紀最重要的科學研究成果。”在倫敦國王學院研究早期宇宙宇宙學的尤金林說。“但是引用卡爾薩根的話,‘不同尋常的觀點需要不同尋常的證據’,而且證據仍然很少。”
提示宇宙弦存在的新數據來自NANOGrav。NANOGrav是一個天文學家組織,他們密切關注數十顆旋轉脈沖星。
脈沖星從兩極發出無線電脈沖,所以可以看到它們從地球上有規律地閃爍,就像海岸上的燈塔一樣。
脈沖星是最精確的宇宙計時器。因此,當他們不被允許時,物理學家就會知道發生了什么奇怪的事情。研究人員特別關注引力波引起的扭曲。當它們穿過脈沖星時,會改變射線到達地球的時間。這些引力波可能來自宇宙弦的撞擊、超大質量黑洞的碰撞或其他劇烈的宇宙過程。
NANOGrav的最新結果于9月9日在網上發布,總結了北美各地射電望遠鏡12年來對幾十顆脈沖星的觀測。該論文仍在同行評議中,但研究人員發現,此外,干擾可能仍來自某些東西以相同的方式扭曲了所有脈沖星發出的脈沖,其頻率與引力波的期望值相同。未知的常見噪聲源。
“我們不能確定這是噪音還是引力波信號,”由NANOGrav組成的項目聯盟“國際脈沖星計時陣列”的前主席阿爾貝托塞薩納說。
NANOGrav的論文引起了研究宇宙弦的物理學家特別快的反應。施密特說:“每個人都在爭分奪秒地寫第一篇論文……”
幾天之內,一篇論文認為,如果這些弦是在宇宙溫度超高時產生的,那么這些數據就可以得到解釋。超高溫的宇宙“永遠會在物理學界敲響警鐘”,因為人們相信,正是強、弱、電磁力統一的時刻。
大爆炸后,統一力經歷了類似液態水凍結成冰的一系列相變(對稱性破缺),從而分離出四種自然基本力。這個偶然的過程可能會在空間和時間上形成裂縫,就像在冰中看到的裂縫一樣。
另一種更具推測性(即不太現實~)的解釋是,宇宙弦可能來自弦論中的微小弦。一些弦理論模型表明,在宇宙最初的快速膨脹過程中,弦可能會被拉伸到巨大的規模。這些宇宙弦的張力和弦環的斷裂方式會產生獨特的引力波信號,從而與其他類型區分開來。
此外,NANOGrav的重力引力波信號可能來自超大質量黑洞,與宇宙弦和已知天體不同。
幾乎每一個大星系,包括銀河系,其中心都有一個超大質量黑洞,其質量是太陽的數百萬或數十億倍。如果兩個星系合并,它們的黑洞會開始互相旋轉,同時產生引力波。
問題是,我們從未見過超大規模的黑洞合并。“尷尬的是,我們不知道他們有沒有合并。”普林斯頓大學的天文學家珍妮格林說。
在9月16日在線發表的一篇論文中,國王學院的粒子物理學家約翰埃利斯(John Ellis)和他的合作者發現,NANOGrav信號的形狀看起來更像宇宙弦,而不是超大質量黑洞。他說:“數據似乎更偏向于對宇宙弦的解釋,但并不太偏向。”
其他研究人員試圖窮盡所有可能性。
“個人認為,正確的做法是坐下來等待更多的信息。但是,你知道,大家都很焦慮。”老林說。
歐洲脈沖星計時陣列和澳大利亞巴夏禮脈沖星計時陣列將在適當的時候與NANOGrav一起發布它們自己的數據。中國新的500米FAST望遠鏡和南非的MeerKAT望遠鏡陣列也在聯合搜索脈沖星的引力波。”我們一起收集和分析數據,以建立對證據的信心.”
https://www . quantamagazine . org/pulsar-data-may-point-to-cosmic-strings-from-the-big-bang-20200929/