Der er et hul i historien om, hvordan vores univers blev til. Først oppustet universet hurtigt, som en ballon. Derefter gik alt godt.
Men hvordan disse to perioder hænger sammen, har undgået fysikere. Nu foreslår en ny undersøgelse en måde at forbinde de to epoker på.
I den første periode voksede universet fra et næsten uendeligt lille punkt til næsten en octillion (det er en 1 efterfulgt af 27 nuller) gange den i størrelse på mindre end en billion af et sekund. Denne inflationsperiode blev efterfulgt af en mere gradvis, men voldelig udvidelsesperiode, vi kender som Big Bang. Under Big Bang blev en utroligt varm ildkugle af grundlæggende partikler - som protoner, neutroner og elektroner - udvidet og afkølet for at danne de atomer, stjerner og galakser, vi ser i dag.
Big Bang-teorien, der beskriver kosmisk inflation, er stadig den mest understøttede forklaring på, hvordan vores univers begyndte, og alligevel er forskere stadig forvirrede over, hvordan disse helt forskellige udvidelsesperioder hænger sammen. For at løse dette kosmiske conundrum simulerede et team af forskere ved Kenyon College, Massachusetts Institute of Technology (MIT) og det hollandske Leiden-universitet den kritiske overgang mellem kosmisk inflation og Big Bang - en periode, de kalder "genopvarmning".
"Efteropvarmningsperioden efter inflationen sætter betingelserne for Big Bang og sætter på en eller anden måde 'smellet' i Big Bang," sagde David Kaiser, professor i fysik ved MIT, i en erklæring. "Det er denne broperiode, hvor alt helvede bryder løs og materien opfører sig på alt andet end en enkel måde."
Da universet ekspanderede i et øjeblik et øjeblik under den kosmiske inflation, blev alt det eksisterende stof spredt, hvilket efterlod universet et koldt og tomt sted, blottet for den varme partikelsuppe, der var nødvendig for at antænde Big Bang. I løbet af genopvarmningsperioden antages, at den energi, der fremmer inflation, nedbrydes til partikler, sagde Rachel Nguyen, en doktorand i fysik ved University of Illinois og hovedforfatter af studiet.
"Når disse partikler er produceret, hopper de rundt og banker ind i hinanden og overfører momentum og energi," fortalte Nguyen til Live Science. "Og det er det, der thermiserer og opvarmer universet for at indstille de oprindelige betingelser for Big Bang."
I deres model simulerede Nguyen og hendes kolleger adfærden ved eksotiske former for stof kaldet oppuston. Forskere mener, at disse hypotetiske partikler, der ligner naturen til Higgs-boson, skabte energifeltet, der drev kosmisk inflation. Deres model viste, at under de rette betingelser kunne inflatonenes energi omfordeles effektivt for at skabe den mangfoldighed af partikler, der er nødvendige for at genopvarme universet. De offentliggjorde deres resultater 24. oktober i tidsskriftet Physical Review Letters.
En digel til højenergifysik
”Når vi studerer det tidlige univers, er det, vi virkelig laver, et partikeleksperiment ved meget, meget høje temperaturer,” sagde Tom Giblin, lektor i fysik ved Kenyon College i Ohio og medforfatter til studiet. "Overgangen fra den kolde inflationsperiode til den varme periode er en, der skal indeholde nogle centrale bevis for, hvilke partikler der virkelig findes ved disse ekstremt høje energier."
Et grundlæggende spørgsmål, der plager fysikere, er, hvordan tyngdekraften opfører sig ved de ekstreme energier, der er til stede under inflationen. I Albert Einsteins teori om generel relativitet antages al materie at blive påvirket af tyngdekraften på samme måde, hvor tyngdekraften er konstant uanset en partikles energi. På grund af kvantemekanikkens mærkelige verden, tror forskere imidlertid, at stof ved meget høje energier reagerer forskelligt på tyngdekraften.
Holdet inkorporerede denne antagelse i deres model ved at justere, hvor stærkt partiklerne interagerede med tyngdekraften. De opdagede, at jo mere de øgede tyngdekraften, desto mere effektivt overførte gummibådene energi til at producere zoo af varme stofpartikler, der blev fundet under Big Bang.
Nu skal de finde bevis for at styrke deres model et sted i universet.
"Universet indeholder så mange hemmeligheder kodet på meget komplicerede måder," fortalte Giblin til Live Science. "Det er vores job at lære om virkelighedens natur ved at komme med et afkodningsapparat - en måde at udtrække information fra universet. Vi bruger simuleringer til at foretage forudsigelser om, hvordan universet skal se ud, så vi rent faktisk kan begynde at afkode det. Denne genopvarmningsperiode skulle efterlade et aftryk et sted i universet. Vi er bare nødt til at finde det. "
Men at finde det aftryk kan være vanskeligt. Vores tidligste glimt af universet er en boble af stråling, der er tilbage fra et par hundrede tusinde år efter Big Bang, kaldet den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB). Alligevel antyder CMB kun universets tilstand i de første kritiske fødsler. Fysikere som Giblin håber, at fremtidige observationer af gravitationsbølger vil give de endelige spor.
