在小型引力波探测器中发现的两个有趣信号可以代表各种奇异现象——从新物理学到与黑洞相互作用的暗物质,再到宇宙起源附近的振动。但是,由于实验的新颖性,研究人员对声称任何类型的发现都持谨慎态度。
激光干涉引力波天文台 (LIGO) 等设施使用巨大的激光驱动探测器来寻找时空结构中的巨大涟漪,即引力波。这些来自遥远宇宙中黑洞和中子星的碰撞,这些事件是如此强大,它们震动时空并发出波长为数百英里的浪涌。
早在这些巨大的天文台建成之前,科学家们就怀疑存在如此大小的引力波,因为他们知道有时黑洞和中子星应该一起碰撞,珀斯西澳大利亚大学的物理学家迈克尔托巴尔告诉 Live Science。
但他补充说,对于波长在几英尺到几英里之间的较短波长的引力波,没有任何很好理解的来源。尽管如此,“在宇宙中,总有我们意想不到的事情,”托巴尔说。
近年来,人们推动建造可以搜索这些较小引力波的探测器,包括托巴和他的同事建造的探测器。他们的设备由一个直径为 1 英寸(3 厘米)的水晶石英圆盘组成,带有一个谐振腔,只要它以特定频率振动就会产生电信号。
Tobar 将这种装置比作以特定音高响起的钟或锣。“如果引力波击中它,它会激发它,”他说。然后,电子传感器将晶体中的振铃作为电磁信号拾取。
研究人员将他们的探测器放置在多个辐射屏蔽后面,以保护它免受背景电磁场的影响,并将其冷却到极低的温度,以最大限度地减少设备中的热振动。
在实验的 153 天运行期间,水晶响了两次,每次一两秒钟。该团队的发现于 8 月 12 日发表在《物理评论快报》杂志上。
科学家们现在正试图找出导致这些结果的原因。托巴尔说,一种可能的解释是从太空流入的称为宇宙射线的带电粒子。他补充说,之前未知的晶体中的热波动类型可能是另一种,由于超冷温度,这种波动应该是最小的。
研究人员在论文中写道,但也有许多奇异的前景,例如一种称为轴子的暗物质,围绕黑洞旋转并发出引力波。托巴尔说,许多解释可能需要超越标准模型的先前未知的物理学,标准模型描述了宇宙中几乎所有的亚原子粒子和力。
在大爆炸后不久,宇宙学家认为宇宙经历了一个称为暴胀的时期,在此期间它的体积呈指数级膨胀,英国剑桥大学的理论物理学家 Francesco Muia 没有参与这项工作,他告诉 Live科学。
他说,在这个时代结束时,宇宙可能会经历一个相变,有点像水在沸腾时从液态变成气态。Muia 说,如果发生这种情况,过渡可能会将大量能量沉积到时空结构中,从而产生可以通过该实验看到的引力波。
他认为目前还没有足够的证据表明水晶中的事件是怎样的,但他对这个实验以及其他类似的实验在不久的将来上线感到兴奋。
托巴尔同意了。“如果它们是引力波就好了,但谁知道呢,”他说。
他补充说,现在研究人员已经掌握了这些检测结果,他们可以构建更多这样的传感器。如果多个设备同时看到相同的信号,它可能会指向宇宙中的某些东西,并有助于排除内部过程,如晶体内部的热波动。