Передбачається, що прийдешній супутниковий експеримент LiteBIRD допоможе дослідникам вивчити фізику раннього Всесвіту, зосередившись на підтвердженні первинної інфляції, яка, очевидно, відбувалася за високих енергій.
Астрофізики планують також перевірити кілька інфляційних сценаріїв, що протікають за нижчих енергій.
Космологи вважають, що на найбільш ранніх етапах Всесвіт зазнав швидкого розширення, відомого як "космічна інфляція". Головний успіх цієї гіпотези полягає в тому, що навіть найпростіші інфляційні моделі можуть точно передбачати нерівномірний розподіл матерії у Всесвіті.
У процесі інфляції вакуумні флуктуації розширювалися до астрономічних розмірів і стали джерелом структури матеріального світу, включно з анізотропією космічного мікрохвильового випромінювання, розподілом темної матерії і галактик.
Той самий механізм, імовірно, породив гравітаційні хвилі.
Вивчення коливань простору і часу, які поширюються, має важливе значення для розуміння фізики епохи інфляції. Загалом, виявлення гравітаційних хвиль дає змогу визначити енергію, за якої відбувалася інфляція.
Однак, питання про те, наскільки сильно інфляційне поле, або джерело енергії інфляції, змінювалося під час інфляції - відношення, відоме як "межа Лайта", залишається неясним.
Архаїчні гравітаційні хвилі, породжувані вакуумом, вкрай слабкі та їхнє виявлення становить велику складність. Однак японська місія LiteBIRD, можливо, зможе виявити їх за допомогою поляризаційних вимірювань космічного мікрохвильового випромінювання.
У світлі цього, теоретичне вивчення архаїчних гравітаційних хвиль стає дедалі актуальнішим, оскільки будь-яке передбачуване відкриття LiteBIRD може бути інтерпретовано по-різному залежно від розроблених і перевірених інфляційних сценаріїв.
Очікується, що LiteBIRD зможе виявити архаїчні гравітаційні хвилі, якщо інфляція дійсно відбувалася за досить високих енергій.
Деякі інфляційні моделі, розроблені в рамках квантової гравітації, часто припускають дуже низький енергетичний рівень інфляції і, таким чином, не можуть бути перевірені за допомогою LiteBIRD.
Однак нещодавнє дослідження вчених, включно з фахівцями з Інституту фізики і математики Всесвіту імені Кавлі, показало зворотне. Дослідники стверджують, що такі сценарії першорядної важливості можуть бути перевірені за допомогою LiteBIRD, якщо буде доведено наявність додаткових полів, що генерують гравітаційні хвилі.
Вчені пропонують ідею, яка суттєво відрізняється від звичайних уявлень.
"У нашій концепції, крім гравітаційних хвиль, що виникають від флуктуацій вакууму, присутня велика кількість гравітаційних хвиль, породжуваних квантовими флуктуаціями вакууму додаткових полів під час інфляції. Це дає нам змогу отримати спостережувану кількість гравітаційних хвиль, навіть якщо інфляція відбувається за нижчих енергій", - заявляють дослідники.
"Квантові флуктуації скалярних полів під час інфляції зазвичай невеликі, і такі індуковані гравітаційні хвилі не відіграють ролі в стандартних інфляційних сценаріях. Однак, якщо флуктуації додаткових полів посилюються, вони можуть стати джерелом значної кількості гравітаційних хвиль", - упевнений Валерій Варданян, співробітник Інституту ім. Кавлі.
Інші дослідники займалися подібними ідеями, але досі успішний механізм, заснований тільки на скалярних полях, не був знайдений.
"Основна проблема полягає в тому, що під час генерації гравітаційних хвиль від посилених флуктуацій додаткових полів, ви одночасно створюєте і додаткові флуктуації кривизни, через які Всесвіт здається більш неоднорідним, ніж він є насправді. Ми витончено розділили генерацію двох типів флуктуацій і вирішили цю проблему", - пояснює Варданян.
У своїй роботі дослідники запропонували доказ концепції, заснованої на двох скалярних полях, що діють під час інфляції.
"Уявіть собі автомобіль із двома двигунами, що відповідають двом полям нашої моделі. Один із двигунів пов'язаний із колесами автомобіля, а інший - ні. Перший відповідає за рух автомобіля, а на брудній дорозі - за утворення всіх слідів на дорозі. Вони являють собою зачатки структури у Всесвіті. Другий двигун виробляє тільки звук. Він являє собою гравітаційні хвилі і не бере участі ні в русі автомобіля, ні в утворенні слідів на дорозі", - пояснює Варданян.
За матеріалами sciencedaily.com
