Откриха ли астрономите дългоочакваните космически струни?

Възможно е учените в края на краищата да са открили космически струни. Тези удивителни обекти, които са предсказани в едни от най-смелите физични теории, хипотетично се простират от галактика до галактика, като техния диаметър не превишава един протон в диаметър.

Светът като струнен оркестър

Как може да се образува такова чудо? Физиците-теоретици дават няколко възможни обяснения. Например, известната теория на струните предполага, че всичко това, което на нас ни се струва като частички са всъщност струни, колебаещи се по различен начин. Един начин на колебание превръща дадена струна в електрон, друга – в протон и така нататък.

Почти всички струни са много къси. Но ако на струната се предаде твърде много енергия, тя би трябвало да започне да расте. В първите части от секундата след Големия взрив пространството е било така изпълнено с енергия, че някои струни са можели да достигнат огромни астрономически дължини.

Именно затова се смята, че космическите струни са изключително тънки сгъстявания от енергия, които преминават по цялата дължина на Вселената и притежават огромна маса. Техният диаметър е по-тънък от атомно ядро, но при това са много плътни. Смята се, че хиляда километра от тях тежат колкото Земята. Следователно те както черните дупки също могат да изкривяват пространство-времето около себе си. Съществува теория, че космическите струни са безкрайни и образуват затворени примки, тоест „гънки“ на пространство-времето, вътре в които може да се пътешества във времето.

Освен това както в класическата теория на струните, се смята, че космическите струни могат да бъдат участъци от многомерно пространство „свити в тръбичка“ по всички измерения, освен едно. Съществуват и още други хипотетични теории за възникването на струни от космически мащаб.

Вълните на нетърпението

Много модели предсказват, че в младата Вселена е възникнала цяла мрежа от космически струни. Колебанията на тези струни би трябвало да породят гравитационни вълни. И ако това се е случило по този начин, то гравитационното ехо досега би трябвало да пътешества в космоса.

Учените вече от няколко години наблюдават гравитационни вълни с помощта на детекторите LIGO и VIRGO. Но те могат да засичат гравитациони вълни с честота от десетки до хиляди херца, които се зараждат при сблъсъка на черни дупки с маса от няколко слънца или неутронни звезди.

Хипотетичната паяжина от космически струни би трябвало да изпуска гравитационни вълни с много по-ниска честота, с така наречената наночестота. И изглежда учени от колаборацията NANOgrav са засекли нискочестотни гравитационни вълни. При своите наблюдения те са проследявали изместването на пулсари, които се явяват своеобразни космически радиомаяци, създадени от самата природа. Учените са се опитвали да изяснят дали не се разклащат тези небесни тела от гравитационните вълни и са стигнали до извода, че все пак те се люлеят. Резултатите от техните наблюдения върху 47 пулсара, които са провеждани за дълъг период от 3 до 12, 5 години, са публикувани в две статии ( 1, 2) в списанието Astrophysical Journal Letters.

Самите автори на изследването призовават към много внимателно разглеждане на резултатите. Те напомнят, че получените данни се нуждаят от по-нататъшна проверка. Не е изключено, че откритият ефект се създава от случайни шумове и ефекти, неизбежни при всякакви измервания, а не от гравитационни вълни.

И докато наблюдателите се отнасят много внимателно към тези данни, то теоретиците, базирайки се на това, че са открити нискочестотни гравитационни вълни, вече предлагат различни механизми, които биха могли да ги създадат.

Дългоочакваната музика

Самите автори на откритието от NANOgrav свързват откритите нискочестотни гравитационни вълни със свръхмасивни черни дупки. Но се появиха и други хипотези.

В последния брой на списанието Physical Review Letters бяха публикуване едновременно две научни статии, чиито автори смятат, че наблюдаваният от NANOgrav сигнал може да е породен именно от космически струни.

Първото статия е публикувана от физици от Кралския колеж в Лондон. Те твърдят, че хипотезата за космическите струни обяснява свойствата на откритите гравитационни вълни даже по-добре, отколкото версията със свръхмасивните черни дупки.

Изследователите от Института по ядрена физика към Обществото Макс Планк, които са публикували второто изследване, не са толкова категорични.

„Всичко, което ние можем да кажем понастоящем е това, че гравитационни вълни, породени от космически струни се явява напълно жизнеспособно обяснение за свойствата на сигнала“ – обяснява един от авторите на статията Кай Шмитц.

Интересното е, че с едновременното излизане на двете статии, свързващи нискочестотните гравитационни вълни с космическите струни, в същото издание излезе трета статия, в която авторите предлагат съвсем друга, не по-малко интересна, хипотеза. Те предполагат, че нискочестотните гравитационни вълни са възникнали при раждането на първичните черни дупки.

Първичните черни дупки, както и космическите струни са хипотези, изказани от физици-теоретици, но никога не са били засичани от наблюдатели. Така че евентуално тяхно откриване би станало не по-малко значимо събитие в света на съвременната физика.

Всичките три хипотетични модела ги обединява едно: те ще могат да бъдат проверени. Естествено не веднага, но се предполага, че това ще е възможно с помощта на детекторите от следващото поколение, такива като LISA. За тях ще са достъпни честоти, скрити засега от действащите системи LIGO и VIRGO. Тогава може би окончателно ще стане ясно дали в системата звучи „космическа музика“.