Forscher haben einen neuen generischen Produktionsmechanismus von Gravitationswellen entdeckt, die durch ein als Oszillon bekanntes Phänomen erzeugt werden, das in vielen kosmologischen Theorien aus der Fragmentierung in solitonische „Klumpen“ des Inflatonfeldes entstehen kann, das die schnelle Expansion des frühen Universums vorangetrieben hat, berichtet eine neue Studie veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung.
Die Ergebnisse haben den Grundstein für die Enthüllung spannender neuer Erkenntnisse über die frühesten Momente des Universums gelegt.
Es wird angenommen, dass die Inflationsperiode, die unmittelbar nach dem Urknall stattfand, zu einer exponentiellen Expansion des Universums geführt hat. In vielen kosmologischen Theorien folgt auf die schnelle Expansionsperiode die Bildung von Oszillationen. Oszillons sind eine Art lokalisierter nichtlinearer massiver Strukturen, die sich aus Feldern wie dem Inflatonfeld bilden können, die mit hohen Frequenzen oszillieren. Diese Strukturen können über lange Zeiträume bestehen bleiben, und wie die Forscher herausfanden, kann ihr letztendlicher Zerfall eine erhebliche Menge an Gravitationswellen erzeugen, die Wellen in der Raumzeit darstellen.
In ihrer Studie haben der Projektforscher Kaloian D. Lozanov vom Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) und der Gastwissenschaftler am Kavli IPMU am International Center for Quantum-field Measurement Systems for Studies of the Universe and Particles (QUP) teilgenommen. Der leitende Wissenschaftler und Assistenzprofessor Volodymyr Takhistov vom Theory Center der High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) simulierte die Entwicklung des Inflatonfeldes während des frühen Universums und stellte fest, dass tatsächlich Oszillationen vorhanden waren. Sie fanden dann heraus, dass der Oszillonzerfall Gravitationswellen erzeugen konnte, die von künftigen Gravitationswellenobservatorien nachgewiesen werden könnten.
Die Ergebnisse liefern einen neuartigen Test der frühen Dynamik des Universums unabhängig von der herkömmlich untersuchten kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Die Entdeckung dieser Gravitationswellen würde ein neues Fenster in die frühesten Momente des Universums eröffnen und könnte dazu beitragen, Licht auf einige der drängenden grundlegenden Fragen der Kosmologie zu werfen.
Mit der fortlaufenden Entwicklung von Gravitationswellendetektoren und Supercomputing-Ressourcen können wir davon ausgehen, in den kommenden Jahren noch mehr Einblicke in die frühen Momente des Universums zu gewinnen. Insgesamt zeigt die neue Studie die Leistungsfähigkeit der Kombination theoretischer Modelle mit fortschrittlichen Rechentechniken und Beobachtungen, um neue Erkenntnisse über die Entwicklung des Universums zu gewinnen.
Details ihrer Studie wurden in veröffentlicht Briefe zur körperlichen Untersuchung am 2. Mai.
