Post-inflationsstrukturer ligner uhyggeligt vores univers. (Jens Niemeyer, Universitetet i Göttingen) Kig længe nok ind i himlen, og universet begynder at ligne en by om natten. Galakser får karakteristika af gadelygter, der roder opkvarterer af mørkt stof, forbundet af motorveje af gas, der løber langs kysterne afintergalaktisk intethed.
Dette kort over universet blev forudbestemt, lagt ud i kvantefysikkens mindste gysninger øjeblikke efter Stort brag lanceret i en udvidelse af rum og tid for omkring 13,8 milliarder år siden.
Men præcis, hvad disse udsving var, og hvordan de satte fysikken i gang, der ville se atomer samle sig i de massive kosmiske strukturer, vi ser i dag, er stadig langt fra klart.
En nylig matematisk analyse af øjeblikke efter en periode kaldet inflationær epoke afslører, at en eller anden form for struktur kunne have eksisteret selv i den sydende kvanteovn, der fyldte spædbarnsuniverset, og det kunne hjælpe os med bedre at forstå dets layout i dag.
Astrofysikere fra University of Göttingen i Tyskland og University of Auckland i New Zealand brugte en blanding af simulering af partikelbevægelser og en slags tyngdekraft/ kvantemodellering at forudsige, hvordan strukturer kan dannes i kondenseringen af partikler, efter at inflationen fandt sted.
Skalaen af denne form for modellering er lidt åndssvag. Vi taler om masser på op til 20 kg presset ind i et mellemrum på knap 10-tyvemeter på tværs, på et tidspunkt, hvor universet kun var 10-24sekunder gammel.
'Det fysiske rum repræsenteret af vores simulering ville passe ind i en enkelt proton en million gange mere,' sagde astrofysiker Jens Niemeyer fra universitetet i Göttingen.
'Det er formentlig den største simulering af det mindste område af universet, der er blevet udført hidtil.'
Det meste af det, vi ved om denne tidlige fase af universets eksistens, er baseret på netop denne form for matematisk efterforskning. Det ældste lys, vi stadig kan se flimre gennem universet, erKosmisk baggrundsstråling(CMB), og hele showet havde allerede været på vej i omkring 300.000 år på det tidspunkt.
Men inden for det svage ekko af gammel stråling er der nogle spor om, hvad der foregik.
CMB's lys blev udsendt som basispartikler kombineret til atomer ud af den varme, tætte suppe af energi, i det, der er kendt som rekombinationsepoken.
Et kort over denne baggrundsstråling henover himlen viser, at vores univers allerede havde en form for struktur i et par hundrede tusinde år. Der var lidt køligere stykker og lidt varmere stykker, som kunne skubbe stoffet ind i områder, som til sidst ville se stjerner antændes, galakser spiralformede, og masserne samles ind i den kosmiske by, vi ser i dag.
Dette rejser et spørgsmål.
Rummet, der udgør vores univers, udvides, hvilket betyder, at universet engang må have været meget mindre. Så det er naturligt, at alt, hvad vi ser omkring os nu, engang var proppet i et volumen, der var for begrænset til, at sådanne varme og kølige pletter kunne dukke op.
Som en kop kaffe i en ovn var der ingen måde for nogen del at køle ned, før den blev varmet op igen.
Inflationsperioden blev foreslået som en måde at løse dette problem på. Inden for trilliontedele af et sekund af Big Bang, sprang vores univers i størrelse med en vanvittig mængde, og i det væsentlige fryse alle kvanteskala variationer på plads.
At sige, at dette skete på et øjeblik, ville stadig ikke gøre det retfærdigt. Det ville være begyndt omkring 10-36sekunder efter Big Bang og sluttede med 10-32sekunder. Men den var lang nok til, at pladsen kunne falde i proportioner, der forhindrede små variationer i temperaturen i at udjævne sig igen.
Forskernes beregninger fokuserer på dette korte øjeblik efter inflation og viser, hvordan elementarpartikler, der størkner fra skummet af kvantebølger på det tidspunkt, kunne have genereret korte glorier af stof, der er tæt nok til at rynke rumtiden selv.
Dannelsen af sådanne strukturer, såvel som deres bevægelser og interaktioner, må have genereret en baggrundsstøj på gravitationsbølger ,' sagde Universitetet i Göttingen astrofysiker Benedikt Eggemeier, undersøgelsens første forfatter.
'Ved hjælp af vores simuleringer kan vi beregne styrken af dette gravitationsbølge signal, som måske kan måles i fremtiden.'
I nogle tilfælde kunne de intense masser af sådanne genstande have trukket stof indoprindelige sorte huller, objekter, der antages at bidrage til den mystiske tiltrækning af mørkt stof .
Det faktum, at disse strukturers opførsel efterligner den storstilede sammenklumpning af vores univers i dag, betyder ikke nødvendigvis, at det er direkte ansvarligt for nutidens fordeling af stjerner, gas og galakser.
Men den komplekse fysik, der udspiller sig blandt de nybagte partikler, kan stadig være synlig på himlen, blandt det bølgende landskab af blinkende lys og mørke hulrum, vi kalder universet.
Denne forskning blev offentliggjort i Fysisk gennemgang D .
En version af denne artikel blev først offentliggjort i marts 2021.