Инфлатона вам немного
Моделирование со сверхвысоким разрешением крошечного кусочка Вселенной — в миллион раз меньше протона — выявило самые первые структуры, которые когда–либо существовали. И эти плотные структуры странные.
Первые триллионные доли секунды после Большого взрыва (https://www.livescience.com/65700–big–bang–theory.html) Вселенная была горячим, жидким местом, местом, нагретым до триллиона градусов. Хотя ученые не могут напрямую наблюдать этот момент времени, они могут реконструировать его с помощью мощного компьютерного моделирования.
Новое моделирование, более подробное, чем когда–либо прежде, показало, как в этих первых случаях гравитация заставляла квантовые частицы, известные как инфлатоны, слипаться. Результаты впервые показали, как эти комки затем образовывали сложные и плотные структуры, которые весили от нескольких граммов до 20 килограммов — примерно тяжелее почтовой марки, но легче бульдога — упакованные в пространство меньше элементарной частицы.
Моделирование — первое, которое показывает достаточно деталей, чтобы ученые могли расшифровать диапазон размеров и форм этих детских структур. Кроме того, результаты элегантно соответствуют простой теоретической модели, которой почти 40 лет, сказал соавтор исследования Ричард Истер, профессор физики в Оклендском университете.
«Мы открываем эту невероятно сложную фазу в очень ранней Вселенной, которую только начинают правильно понимать».
Моделирование моделировало время окончания инфляции, период, когда Вселенная резко увеличивалась в размерах. В то время Вселенная содержала только энергию и инфлатоны — тип квантовой материи, сформировавшейся из энергетического поля, заполнившего все пространство после Большого взрыва.
Новое моделирование показывает рост крошечных чрезвычайно плотных структур очень скоро после фазы надувания очень ранней Вселенной. Между начальным и конечным состояниями (вверху слева и справа соответственно) показанная область увеличилась в 10 миллионов раз по сравнению с начальным объемом, но все же во много раз меньше, чем внутреннее пространство протона. Увеличенный комок в нижнем левом углу имел бы массу около 44 фунтов (20 килограммов). (Изображение предоставлено: Йенс Нимейер / Геттингенский университет)
Физики считают, что структуры инфлатона (https://en.wikipedia.org/wiki/Inflaton), видимые в симуляциях, возникли в результате флуктуаций этого энергетического поля сразу после Большого взрыва. Это же поле, вероятно, создало крупномасштабные галактические структуры, наблюдаемые сегодня во Вселенной, размером в миллиарды световых лет в поперечнике.
Плотные заполненные инфлатоном структуры, наблюдаемые при моделировании, вероятно, просуществовали недолго, поскольку они, вероятно, превратились в элементарные частицы за доли секунды. Но из–за их высокой плотности — достигающей в 100000 раз плотности окружающего пространства — их движения и взаимодействия могли вызвать рябь в ткани пространства–времени (https://www.livescience.com/space–time.html), называемую гравитационными волнами. Новое моделирование поможет ученым точно рассчитать, насколько велики могли быть эти гравитационные волны, что поможет будущим экспериментам искать похожие волны во Вселенной.
Маленькие комочки могли также схлопнуться под собственным весом, создав первые черные дыры во Вселенной, которые называются первичными черными дырами. Некоторые ученые считают, что такие черные дыры могут быть кандидатом на образование темной материи (https://www.livescience.com/dark–matter.html) — загадочного вещества, которое никто не видел напрямую, но который сегодня составляет 85% материи во Вселенной. Физики не видели никаких черных дыр в своих симуляциях, но они планируют в будущем проводить более длительные и подробные симуляции, которые могли бы показать такие объекты.
«Первобытные черные дыры представляют собой интригующую возможность на данный момент — они могут привести к новому поведению, но также предоставят новые возможности для тестирования модели», — написал Истер в электронном письме для Live Science. Поскольку некоторые первичные черные дыры должны сохраниться в современной Вселенной, их обнаружение может помочь проверить модели ученых этих ранних моментов в младенчестве Вселенной.
Истер и его коллеги опубликовали статью с описанием моделирования 22 марта в журнале Physical Review D (https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.103.063525).
Написал mku на prorata.d3.ru / комментировать