Гравитационные волны расскажут, почему Вселенная резко остыла сразу после рождения

Открытие реликтового излучения в 1968 году и подтверждение гравитационных волн в 2015-м можно назвать важнейшими вехами в космологии — они помогли подтвердить достоверность теории Большого взрыва. И все же на заре существования Вселенной осталось белое пятно протяженностью всего в одну секунду.

Это короткий промежуток между инфляцией — самой ранней стадией развития мира сразу после его создания — и первичным нуклеосинтезом, когда начали образовываться атомы привычной нам материи, преимущественно водорода. Он таит в себе загадки для ученых, потому что за столь непродолжительное время температура Вселенной снизилась на 22 порядка.

Ришав Рошан и Грэм Уайт из Саутгемптонского университета рассчитывают заглянуть в эту секунду — и именно при помощи гравитационных волн, поскольку для электромагнитного излучения Вселенная в тот момент была еще непрозрачной. Стратегиями изучения стохастического гравитационно-волнового фона (СГВФ) ученые поделились в обзорной статье на arXiv.org.

СГВФ — это слабый «шум» пространства-времени, доносящий, подобно реликтовому излучению, отзвуки самых ранних — и очень масштабных! — событий во Вселенной. Он может быть следствием космических фазовых переходов — то есть столкновений массивных ударных волн, или возникать в топологических дефектах — разрывах пространства-времени. Существуют и другие теории возникновения СГВФ, но для их подтверждения нужны детекторы гравитационных волн более высокой частоты, которые пока не вышли за пределы чертежной доски.

Авторы предложили три метода для фиксации этих первых гравитационных волн. Этих технологий пока нет, но они в планах создания. Во-первых, более продвинутые системы, похожие на LIGO, которая обнаружила первую волну. Интерферометры — точные инструменты, которые используют синхронизированные лазеры для обнаружения любых мельчайших различий между двумя точками, которые могли быть вызваны гравитационными волнами. Необходимо строительство более мощных интерферометров, базирующихся на земле и в космосе, которые не будут подвержены возмущениям, например, от землетрясений. 

Во-вторых и третьих, астрометрия и массив синхронизации пульсаров. Оба полезны в других областях космологии, но могут также обнаруживать гравитационные волны более низкой частоты, если инструменты, отслеживающие их, достаточно чувствительны. Астрометрия чаще используется для обнаружения экзопланет, тогда как массивы синхронизации пульсаров помогают измерять расстояния в космологии.