时空涟漪对宇宙缺失组成部分的线索

芝加哥大学的科学家提出了如何扰乱LIGO引力波并产生信息的方法。

我们的宇宙理论有些不足之处。几乎所有的东西都适合，但宇宙药膏中有苍蝇，无限三明治中有沙粒。一些科学家认为，罪魁祸首可能是重力-时空结构中的细微涟漪可以帮助我们找到缺失的部分。

由芝加哥大学的科学家合着的一篇新论文阐述了这可能是如何工作的。该方法于12月21日发表在《物理评论D》上，该方法取决于发现通过超大质量黑洞或大型星系到达地球时已经弯曲的这种涟漪。

问题在于，某种事物不仅使宇宙膨胀，而且随着时间的流逝越来越快，而且没人知道它是什么。（寻找确切的速率是宇宙学界的一个持续辩论）。

科学家们提出了各种各样的理论来解决缺失的部分。论文的合著者，芝加哥大学卡夫里宇宙物理研究所的NASA爱因斯坦博士后研究员何塞·玛丽亚·埃兹奎加说：“其中许多依赖于改变引力在大范围内的工作方式。”“因此，重力波是观察这些可能的重力变化（如果存在的话）的理想信使。”

“引力波是观察引力这些可能的修改（如果存在的话）的理想信使。”

—天体物理学家JoseMaríaEzquiaga

引力波是时空本身的脉动；自2015年以来，人类已经能够使用LIGO天文台观测到这些脉动。每当两个巨大的重物碰撞到宇宙中的其他地方时，它们就会产生一个在太空中传播的涟漪，带有使它产生的任何东西的特征-可能是两个黑洞或两个中子星碰撞了。

合并黑洞发出引力波的超级计算机模拟。科学家认为，可能存在一种利用这些波来发现我们对宇宙的了解中缺少的碎片的方法。

在这篇论文中，埃兹奎加及其合著者米格尔·祖玛拉·卡雷吉（MiguelZumalácarregui）认为，如果此类波在到达地球的途中撞击到一个超大质量的黑洞或星系团，那么波纹的特征就会改变。如果与爱因斯坦的理论相比，引力存在差异，则证据将被嵌入该签名中。

例如，关于宇宙缺失部分的一种理论是存在额外的粒子。除其他效果外，此类粒子还会在大型物体周围产生一种背景或“媒介”。如果行进的引力波碰到超大质量黑洞，它将产生与引力波本身混合的波。根据遇到的情况，引力波签名可能带有“回声”，也可能出现扰动。

Ezquiaga说：“这是探索以前无法测试的方案的新方法。”

波浪混合并创建独特的新特征的说明。

他们的论文提出了如何在未来的数据中发现这种影响的条件。LIGO的下一次运行计划于2022年开始，并将进行升级，以使检测器比以前更加灵敏。

“在与LIGO的最后一次观测中，我们每六天看到一次新的引力波读数，这真是令人惊讶。但是在整个宇宙中，我们认为它们实际上每五分钟发生一次。” Ezquiaga说。“在下一次升级中，我们可以看到很多这样的事件-每年有数百个事件。”

他说，数量的增加使一个或多个波浪穿过一个巨大物体的可能性更大，科学家们将能够对其进行分析，以寻找缺失成分的线索。

参考：“引力波透镜超越了广义相对论：双折射，回声和阴影”，JoseMaríaEzquiaga和MiguelZumalacárregui，2020年12月21日，《物理评论D.DOI：
10.1103 / PhysRevD.102.124048

该论文的另一位作者Zumalácarregui是德国马克斯·普朗克引力物理研究所以及劳伦斯·伯克利国家实验室的伯克利宇宙物理中心和加州大学伯克利分校的科学家。

资金：NASA，卡夫利基金会。