(Phys.org)—I fisici hanno scoperto una sorprendente conseguenza di un modello ampiamente supportato dell'universo primordiale:secondo il modello, minuscole perturbazioni cosmologiche hanno prodotto shock nel fluido radiante appena una frazione di secondo dopo il big bang. Questi shock si sarebbero scontrati tra loro per generare onde gravitazionali abbastanza grandi da essere rilevate dai rilevatori di onde gravitazionali di oggi.

I fisici, Ue-Li Pen presso l'Istituto canadese di astrofisica teorica a Toronto, e Neil Turok al Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, hanno pubblicato un articolo sugli shock nell'universo primordiale e le loro conseguenze in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Come spiegano gli scienziati, il modello più ampiamente supportato dell'universo primordiale è quello con uno sfondo dominato dalla radiazione che è quasi perfettamente omogeneo, tranne che per alcune piccole onde, o perturbazioni, nella radiazione.

Nel nuovo studio, Pen e Turok hanno teoricamente dimostrato che alcuni di questi primi, piccole perturbazioni, che sono onde di piccola ampiezza, avrebbe avuto un picco per formare onde di grande ampiezza, o shock. Questi shock si sarebbero formati solo a temperature molto elevate, come quelli che si verificano subito dopo il big bang.

I fisici hanno anche dimostrato che, quando due o più urti si scontrano tra loro, generano onde gravitazionali.

I risultati suggeriscono che sia gli urti che la fusione dei buchi neri, come quelli rilevati all'inizio di quest'anno dall'esperimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), contribuiscono allo sfondo delle onde gravitazionali. Alcuni ricercatori hanno precedentemente ipotizzato che i buchi neri in fusione potrebbero essersi formati dalle stesse perturbazioni che hanno creato gli shock e, ulteriore, che buchi neri di queste dimensioni possono costituire la materia oscura nella nostra galassia.

Però, sarebbe possibile distinguere tra fusione di buchi neri e urti in collisione perché le onde gravitazionali emesse dagli shock sarebbero oggi rilevate a frequenze molto più basse poiché la lunghezza d'onda sarebbe stata allungata dall'espansione dell'universo. Oggi le onde gravitazionali da shock avrebbero frequenze di 3 nHz, rispetto al regime di 100 Hz in cui opera attualmente l'esperimento LIGO.

Sulla base della loro analisi, gli scienziati pensano che i rilevatori di onde gravitazionali attuali e futuri saranno in grado di rilevare le frequenze delle onde gravitazionali emesse dagli shock. Queste frequenze corrispondono a tempi di emissione di circa 10 ^-4 a 10 ^-30 secondi dopo il big bang.

Un'altra conseguenza interessante degli shock nell'universo primordiale è che le loro interazioni avrebbero causato la rotazione del fluido di radiazione circostante, generando vorticità. Ciò significa che gli shock nell'universo primordiale avrebbero generato entropia in un fluido di radiazione altrimenti perfetto, in cui normalmente l'entropia non può aumentare.

La possibilità che gli shock nell'universo primordiale possano aver generato onde gravitazionali, vorticità, e l'entropia potrebbe aiutare gli scienziati a risolvere alcuni degli enigmi più sconcertanti dell'universo primordiale, come il motivo per cui l'universo ha più materia che antimateria (il problema della bariogenesi), così come le origini dei campi magnetici che si osservano in molti oggetti astrofisici.