euro-pravda.org.ua

Симетрію Всесвіту перевірили за допомогою гравітаційних хвиль.

Провівши аналіз 47 зіткнень чорних дір, зафіксованих за допомогою детекторів гравітаційних хвиль LIGO та Virgo, а також вивчивши напрямок руху гравітаційних хвиль, автори нового дослідження перевірили гіпотезу «дзеркальної» симетрії Всесвіту. Згідно з цією гіпотезою, фізичні закони не змінюються, якщо «поміняти місцями» ліво і право, тобто відобразити систему в дзеркалі.
Гравитационные волны помогли проверить симметрию во Вселенной.


Сучасна космологія базується на фундаментальному космологічному принципі, який стверджує, що на дуже великих відстанях Всесвіт є однорідним і ізотропним. Це означає, що для всіх спостерігачів, незалежно від їхнього місцезнаходження, космос виглядатиме однаково в усіх напрямках. Проте автори ряду астрономічних відкриттів ставлять це під сумнів.

Внаслідок цього виникла гіпотеза дзеркальної симетрії (або дзеркальної інваріантності), що припускає, що процеси і закони, які відбуваються у Всесвіті, не змінюються, навіть якщо їх відобразити, як у дзеркалі. Хоча ця гіпотеза відкриває цікаві теоретичні перспективи, вона не отримала впевненого підтвердження.

Щоб перевірити, чи зберігає Всесвіт дзеркальну симетрію в наймасштабніших процесах, міжнародна дослідницька група під керівництвом Хуана Кальдерона Бустійо (Juan Calderón Bustillo) з Галисійського інституту фізики високих енергій (Іспанія) звернулася до гравітаційних хвиль — коливань гравітаційного поля, які поширюються подібно до хвиль, віддаляючись від масивних об'єктів зі швидкістю світла.

Ця «ритміка» простору-часу виникає внаслідок рухів одного тіла в гравітаційному полі іншого. Найсильніші хвилі породжують злиття чорних дір або нейтронних зірок. Нагадаємо, що про виявлення гравітаційних хвиль у 2016 році повідомила колаборація LIGO та Virgo. Це відкриття підтвердило одне з ключових передбачень Загальної теорії відносності Ейнштейна і призвело до створення гравітаційно-хвильової астрономії.

Тепер, вивчивши 47 зіткнень чорних дір, зафіксованих гравітаційними обсерваторіями LIGO і Virgo, вчені обчислили, як хвилі «закручуються» на підході до детекторів і чи можуть вони бути аналогом обертання за годинниковою стрілкою (або проти).

Результати дослідження, опублікованого в журналі Physical Review Letters, показали, що в цілому немає жодного глобального порушення симетрії, однак окремі приклади явно вказують на «ліво»- або «право»-орієнтовані події (поляризацію).

Виявилося, що середнє значення поляризації гравітаційних хвиль (напрямок і форма коливань простору-часу під час проходження хвилі) дійсно дуже близьке до нуля. Таким чином, дослідники дійшли висновку, що жодного явного перекосу в «ліву» або «праву» сторону на глобальному рівні не відбувається, а це означає, що в цілому дзеркальна симетрія Всесвіту зберігається.

Вчених найбільше здивував той факт, що понад 80 відсотків проаналізованих ними подій (тобто конкретних пар зливаючихся чорних дір) проявили власну «дзеркальну асиметрію». Пояснимо: коли йдеться про одне конкретне злиття, шанси «зафіксувати» обертання в один бік великі. Однак у реальності різні напрямки обертання зустрічаються в рівній кількості, компенсуючи одне одного, тобто в сумі ця асиметрія нівелюється.

Дослідники зазначили, що якби всі гравітаційні хвилі, що виникають внаслідок екстремальних космічних подій, були спрямовані в один бік, то у Всесвіті спостерігалася б глобальна дзеркальна асиметрія.

«Наша робота показує, що хоча один конкретний джерело (GW200129) дійсно порушив дзеркальну симетрію, в середньому по вибірці її немає. Це узгоджується з космологічним принципом, але одночасно вказує на цікаві ефекти у окремих злиттях», — пояснив Бустійо.

Хоча такі «односторонні» злиття чорних дір дійсно існують, їхня кількість у Всесвіті незначна. Вчені також зазначили, що час для остаточних висновків поки не настав, а перевірити, чи не приховано за випадковим розподілом глобальне порушення дзеркальної симетрії (чи Всесвіт в цілому залишається нейтральним), дозволять подальші дослідження.