Der einzige Weg zu wissen, wie das Universum im Moment des Urknalls war, erfordert die Analyse der Gravitationswellen, die zu Beginn des Universums erzeugt wurden. Das Nichterkennen der Wellen führt zu Einschränkungen hinsichtlich der Anfangsbedingungen des Universums und schränkt das Feld ein, in dem wir tatsächlich suchen müssen, um sie zu finden.
Ähnlich wie es den kosmischen Mikrowellenhintergrund erzeugt hat, wird angenommen, dass der Urknall eine Flut von Gravitationswellen erzeugt hat - Wellen im Gewebe von Raum und Zeit. Nach unserem derzeitigen Verständnis sind Gravitationswellen die einzige bekannte Form von Informationen, die uns von den Anfängen des Universums an unverzerrt erreichen können. Sie würden als „stochastischer“ oder zufälliger Hintergrund betrachtet und würden Informationen über ihre gewalttätigen Ursprünge und über die Natur der Schwerkraft mit sich führen, die mit herkömmlichen astronomischen Werkzeugen nicht erhalten werden können. Die Existenz der Wellen wurde 1916 von Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt.
Die Analyse von Daten, die über einen Zeitraum von zwei Jahren von 2005 bis 2007 aufgenommen wurden, zeigt, dass der stochastische Hintergrund von Gravitationswellen noch nicht entdeckt wurde. Die Nichtentdeckung des Hintergrunds, die in einem neuen Artikel in der Nature vom 20. August beschrieben wurde, bietet jedoch einen eigenen Einblick in die früheste Geschichte des Universums.
"Da wir den stochastischen Hintergrund nicht beobachtet haben, wurden einige dieser frühen Universumsmodelle, die einen relativ großen stochastischen Hintergrund vorhersagen, ausgeschlossen", sagte Vuk Mandic, Assistenzprofessor an der Universität von Minnesota und Leiter der Gruppe, die den Hintergrund durchführte Analyse. "Wir wissen jetzt etwas mehr über Parameter, die die Entwicklung des Universums beschreiben, als es weniger als eine Minute alt war."
Laut Mandic beschränken die neuen Erkenntnisse Modelle kosmischer Strings, Objekte, von denen angenommen wird, dass sie vom Beginn des Universums übrig geblieben sind und anschließend durch die Expansion des Universums auf enorme Längen gedehnt wurden. Einige Kosmologen sagen, dass die Saiten Schleifen bilden können, die Gravitationswellen erzeugen, wenn sie schwingen, zerfallen und schließlich verschwinden.
"Da wir den stochastischen Hintergrund nicht beobachtet haben, wurden einige dieser frühen Universumsmodelle, die einen relativ großen stochastischen Hintergrund vorhersagen, ausgeschlossen", sagte Mandic. "Wenn kosmische Saiten oder Superstrings existieren, müssen ihre Eigenschaften mit den von uns durchgeführten Messungen übereinstimmen - das heißt, ihre Eigenschaften, wie z. B. die Saitenspannung, sind stärker eingeschränkt als zuvor."
Das ist interessant, sagt er, „weil solche Strings auch sogenannte fundamentale Strings sein können, die in stringtheoretischen Modellen vorkommen. Unsere Messung bietet daher auch eine Möglichkeit, stringtheoretische Modelle zu untersuchen, was heutzutage sehr selten ist. “
Die Analyse verwendete Daten, die von den LIGO-Interferometern in Hanford, Washington, und Livingston, La, gesammelt wurden. Jedes der L-förmigen Interferometer verwendet einen Laser, der in zwei Strahlen aufgeteilt ist, die sich entlang langer Interferometerarme hin und her bewegen. Die zwei Strahlen werden verwendet, um die Differenz zwischen den beiden Interferometerarmlängen zu überwachen.
Die nächste Phase des Projekts, Advanced LIGO, wird 2014 online gehen und zehnmal empfindlicher sein als das aktuelle Instrument. Damit können Wissenschaftler katastrophale Ereignisse wie Kollisionen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen in zehnmal größeren Entfernungen erkennen.
Das Nature-Papier trägt den Titel „Eine Obergrenze für die Amplitude des stochastischen Gravitationswellenhintergrunds kosmologischen Ursprungs“.
Quelle: EurekAlert
