بر طبق محاسبات جدید، پیچ و تاب های فضا-زمان معروف به ریسمان های کیهانی که ممکن است در جهان اولیه شکل گرفته باشند، می توانند یک منبع غالب از امواج گرانشی در فرکانس های فوق العاده بالا باشند.

آشکارسازهای موج گرانشی فعلی و برنامه ریزی شده، از آرایه های زمان سنجی تپ اختر گرفته تا تداخل سنج های لیزری، بسامدهای سیگنال تا حدود چندین کیلوهرتز را کاوش می کنند. اما فرکانسهای بالاتر یک پنجره آشکارسازی عاری از سیگنال های اخترفیزیکی (همانند آنهایی که از دوتایی های سیاهچاله ای می آیند) و غالبا سیگنال های ناشی از فرآیندهای کیهان اولیه (تورم، گذارهای فاز اولیه و غیره) را ارائه می دهند. اکنون جِرالدین سِروِنت Geraldine Servant از دانشگاه هامبورگ آلمان و مرکز تحقیقات سینکروترون آلمان (DESY) و پیرا سیماکاکورن Peera Simakachorn از دانشگاه والنسیا در اسپانیا طیفی از یک منبع ممکن برای سیگنال های اولیه یعنی ریسمان های کیهانی [1] را محاسبه کرده اند. نتایج نشان می دهد که رشته های کیهانی ممکن است منبع غالب سیگنال های بسامدهای فوق العاده بالا باشند.

بسامد های کیهانی، نقص های فضا-زمان توپولوژیکی تقریبا یک بعدی هستند که مانند ترک هایی در یخ ممکن است طی یک گذار فاز شکست تقارن، شکل گرفته باشند. چنین ریسمان هایی ممکن است حلقه هایی را تشکیل دهند که با تابش امواج گرانشی فروپاشی می کنند. سرونت می گوید جستجو برای این امواج با انگیزه خوبی همراه است، زیرا ریسمان های کیهانی در اغلب نظریه هایی که از مدل استاندارد فیزیک ذرات فراتر می روند، نمایان می شوند. این دو نفر، دو سناریو در نظر می گیرند که رشته ها از شکست تقارن "موضعی"local و "جهانی" global ناشی شده باشند و تابش های مربوط به آنها را محاسبه می کنند. پژوهشگران نتیجه گیری می کنند که ریسمان های محلی میتوانند بیشتر تابش فرکانس بالای مجاز توسط محدودیت های رصدی موجود را تولید کنند که سیگنال ناشی از ریسمان های "جهانی" مرتبط با مدل های شامل ذرات "اکسیون-سنگین" فرضی را تحت تاثیر قرار می دهد.

اگر آشکارسازها تا کنون به حساسیت مورد نیاز برای شناسایی این سیگنال ها رسیده بودند، شیب ها و پیچ خوردگی ها در طیف سیگنال، اطلاعاتی را مورد در میدان هایی که ریسمان ها را تولید می کنند به همراه داشتند که به طور بالقوه شامل کلید توسعه نظریه های یکپارچه بزرگ میشد. اما سیماکاکورن می گوید محاسبات جدید نشان می دهند که هیچ یک از مفاهیم آشکارساز که تاکنون نظریه پردازی شده [2] پتانسیل آشکارسازی جدی را ارائه نمی دهد. سرونت اضافه می کند :"واضح است که ما به نوعی انقلاب در تکنیک های آشکارسازی نیاز داریم، اما جنبه علمی برای سیگنال های اولیه بسیار قوی است."

1. G. Servant and P. Simakachorn, “Ultrahigh frequency primordial gravitational waves beyond the kHz: The case of cosmic strings,” Phys. Rev. D 109, 103538 (2024).

2. N. Aggarwal et al., “Challenges and opportunities of gravitational-wave searches at MHz to GHz frequencies,” Living Rev. Relativ. 24, 4 (2021).

منبع:

Cosmic Strings’ Imprints in High-Frequency Gravitational Waves

ترجمه خبر: بهناز ساربانها