宇宙学家认为,在宇宙诞生之初,自然界的所有力量在短短几分之一秒内都是统一的。但随着宇宙的膨胀和冷却,这种超力浓缩成它熟悉的部分:重力、电磁和强力和弱力。
根据一些计算,宇宙可能冷却得如此之快,以至于时空结构变得支离破碎,形成了一个耳语般的细管网络,由纯能量填充,延伸到可观察到的宇宙的广度。
早在20世纪70年代就预测到,宇宙弦早已超出了实验的范围。然而现在,一些物理学家认为他们已经瞥见了这些巨大的一维结构存在的第一个证据。
“我的直觉是,这些最初的迹象看起来非常有希望,”欧洲核子研究中心(CERN)的理论物理学家凯·施密茨(Kai Schmitz)说。但他指出,在任何人声称有发现之前,还有很长的路要走。
伦敦国王学院研究早期宇宙宇宙学的尤金·林(Eugene Lim)说:“如果我们发现了宇宙弦,那将是本世纪的结果。”“但引用卡尔·萨根(Carl Sagan)的话说,‘非同寻常的主张需要非同寻常的证据’,而目前的证据有点薄弱。”
可能暗示宇宙弦存在的新数据来自NANOGrav,这是一组天文学家,他们密切关注着数十颗被称为脉冲星的旋转死星。
脉冲星从它们的两极发射无线电波,所以每当波束扫过我们的视线时,我们就能从地球上看到规则的闪光,就像灯塔的闪光一样。事实上,脉冲星的光点似乎是如此不自然地规律性,以至于在1967年发现第一颗脉冲星时,它被命名为lgm-1,意思是“小绿人”。
脉冲星是宇宙中最精确的计时器。因此,当他们的光点被扭曲时,物理学家就知道有什么不对劲。特别是,研究人员寻找引力波引起的扭曲-时空中的涟漪,当它们穿过脉冲星时,会改变光点到达地球的时间。这些引力波可能来自宇宙弦的颤动,超大质量黑洞的碰撞,或其他剧烈的宇宙过程。
NANOGrav的最新分析于9月9日发布在网上。9,汇集了12年多来从散布在北美各地的射电望远镜对数十颗脉冲星的观测结果。这篇论文仍在接受同行评议,但研究人员发现,某些东西以相同的方式扭曲了所有脉冲星发出的光点,并且扭曲了引力波的预期频率。这种模式仍然有可能来自脉冲星或测量光点到达地球的时钟中一些未知的、常见的噪声源。
理论家们已经开始猜测NANOGrav试探性信号的宇宙解释,尽管该信号缺乏一个确凿的特征来证明它是引力波:一种脉冲星时间上的关联,因为引力波拉伸和挤压时空的交替方式。科学家们需要更多的脉冲星计时数据,才能判断他们的信号是否具有这一关键标志。
国际脉冲星定时阵列(International Pulsar Timing Array)的前主席阿尔贝托·塞萨纳(Alberto Sesana)说:“我们不能确切地说这是噪音还是引力波信号。”国际脉冲星定时阵列是包括NANOGrav在内的一个项目联盟。
纳诺格拉夫的论文在研究宇宙弦的物理学家中引起了特别迅速的反应。“这就是所谓的救护车追逐…。每个人都想拿出第一份报纸,“Schmitz说,他听到这个消息时正在意大利山区徒步旅行,整个周末他都在兴奋地与同事Simone Blasi交换WhatsApp消息。
几天后,他们发布了一篇与韦德兰·布达尔(Vedran Brdar)合著的论文,认为如果宇宙有一定的超高温时产生了宇宙弦,那么这些数据可以被解释为来自宇宙弦。施密茨说,在物理学家中,这个温度“总是会敲响警钟”,因为这是强力、弱力和电磁力被认为是统一的点。
在大爆炸之后,统一的超力会通过一系列相变,就像液态水冻结成冰一样,分离成我们今天看到的自然力。这种随意的过程可能会在时空中产生宇宙弦的裂缝,就像你可以在冰块内部看到的裂缝一样。
宇宙会不断膨胀,宇宙弦也随之增长。但偶尔,弦会自己折叠起来或与其他弦相撞,导致环路在能量爆发时被掐断。这些弦环将持续摇晃数十亿年,随着它们发出引力波而逐渐损失能量。施密茨说:“这非常类似于你拨动小提琴的琴弦。”