Нещодавно наукове об’єднання (колаборація) NANOGrav зафіксувало перші ознаки гравітаційних хвиль дуже низької частоти. (див. Обсерваторія «розміром з галактику» бачить потенційні натяки на гравітаційні хвиліОбсерваторія «розміром з галактику» бачить потенційні натяки на гравітаційні хвилі) Професор Педро Шваллер (Pedro Schwaller) та Вольфрам Ратцінґер (Wolfram Ratzinger) виконали аналіз отриманих даних і, зокрема, розглянули можливість того, чи можуть вони вказувати на нову фізику, що виходить за межі Стандартної моделі фізики елементарних частинок. У статті, оприлюдненій в журналі SciPost Physics, науковці повідомляють, що сигнал узгоджується як з фазовим переходом у ранньому Всесвіті, так і з наявністю поля надзвичайно легких аксіоноподібних частинок (axion-like particles, ALP). Ці частинки фізики розглядають як перспективного кандидата в носії темної матерії.

Гравітаційні хвилі відкривають вікно у ранній Всесвіт. Якщо всюдисущий космічний мікрохвильовий фон не дає жодних підказок про перші 300 000 років нашого всесвіту, то вони дещо вказують на те, що сталося під час Великого Вибуху. «Саме цей дуже ранній Всесвіт такий захопливий для фізиків у галузі елементарних частинок», — пояснив Педро Шваллер, професор теоретичної фізики з кластеру досконалості PRISMA + (Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter ― «Точна фізика, фундаментальні взаємодії та структура матерії») в Університеті Йоганна Ґутенберґа в Майнці. «Тоді такі елементарні частинки, як кварки та глюони, існували окремо, а потім об’єдналися й утворили “будівельні блоки” атомних ядер».

Особливість гравітаційних хвиль, які колаборація NANOGrav виявила вперше, полягає в тому, що вони мають дуже низьку частоту 10^-8 Гц, що дорівнює приблизно одному коливанню на рік. Через те, що такі хвилі мають велику довжину, для їх виявлення потрібен великий детектор. Оскільки такий детектор неможливий тут на Землі, астрономи з NANOGrav використовують далекі пульсари та їхні сигнали, як величезні детектори.

Вольфрам Ратцінґер так окреслює мотивацію їхньої роботи: «Хоча отримані дані дають нам лише перший натяк на існування низькочастотних гравітаційних хвиль, нам все одно дуже цікаво працювати з ними. Бо такі хвилі могли виникнути внаслідок різних процесів, що відбувалися в ранньому Всесвіті. Працюючи з наявними даними, ми вже маємо вирішувати, які з них можуть відповідати ймовірним процесам у ранньому Всесвіті, а які ні».

Науковці з Майнца вирішили особливо уважно розглянути два сценарії, які могли спричинити спостережувані гравітаційні хвилі: фазові переходи в ранньому Всесвіті та поле темної матерії надзвичайно легких аксіоноподібних частинок. Такі фазові переходи відбуваються через падіння температури у первинному «супі» з елементарних частинок після Великого Вибуху і приводять до сильних турбуленцій. Однак їх, як і темну матерію, не описує Стандартна модель.

Спираючись на дані з якими вони працювали, Педро Шваллер і Вольфрам Ратцінґер трактують результати свого аналізу доволі обережно: «Можливо, трохи більш вірогідним є сценарій переходу на ранній фазі». З іншого боку, обидва фізики вважають: той факт, що вони здатні сформулювати певні гіпотези, спираючись лише на обмежені дані, доводить потенціал їхнього підходу. «Наша робота є першою, але важливим кроком, бо дає нам велику впевненість у тому, що за допомогою більш точних даних ми можемо зробити надійні висновки щодо інформації, яку гравітаційні хвилі надсилають нам із раннього Всесвіту».

«Крім того, ― підсумував Педро Шваллер, — ми вже можемо почати фіксувати певні характеристики сценаріїв фізичних явищ і накладати на них обмеження, в нашому випадку силу фазового переходу і масу аксіонів».

За інф. з сайту https://www.eurekalert.org