Изучив 47 столкновений черных дыр, зафиксированных с помощью детекторов гравитационных волн LIGO и Virgo, и направление движения этих волн, авторы исследования проверили гипотезу «зеркальной» симметрии Вселенной.
Современная космология основывается на фундаментальном космологическом принципе, утверждающем однородность и изотропию Вселенной на больших расстояниях. Это означает, что для всех наблюдателей, независимо от их положения, космос будет одинаков во всех направлениях. Некоторые астрономические открытия ставят этот принцип под сомнение.
Такое положение вещей привело к гипотезе зеркальной симметрии (или зеркальной инвариантности), предполагающей, что процессы и законы Вселенной останутся неизменными при отражении как в зеркале. Гипотеза открывает интересные теоретические перспективы, но подтверждения не получила.
Международная группа исследователей под руководством Хуана Кальдерона Бустийо из Галисийского института физики высоких энергий провела исследование, чтобы выяснить, сохраняет ли Вселенная зеркальную симметрию в самых масштабных процессах. Для этого команда обратилась к гравитационным волнам — колебаниям гравитационного поля, распространяющимся подобно волнам со скоростью света от массивных объектов.
Этот «мусор» пространства-времени возникает при движении одного тела в гравитационном поле другого. Самые сильные волны возникают при слиянии черных дыр или нейтронных звезд. Обнаружение гравитационных волн в 2016 году было объявлено коллаборацией LIGO и Virgo. Это открытие подтвердило одно из ключевых предсказаний общей теории относительности Эйнштейна и привело к появлению гравитационно-волновой астрономии.
Изучив 47 столкновений черных дыр, зафиксированных гравитационными обсерваториями LIGO и Virgo, ученые рассчитали, как волны «закручиваются» при приближении к детектирам, и могут ли это быть аналогом вращения по часовой стрелке (или против).
Результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review LettersИсследования выявили отсутствие общего глобального нарушения симметрии, но некоторые случаи четко демонстрируют событийную поляризацию в «лево» или «право» направлении.
Среднее значение поляризации гравитационных волн оказалось близким к нулю. Исследователи сделали вывод о том, что перекоса в «левую» или «правую» сторону на глобальном уровне не наблюдается, и зеркальная симметрия Вселенной сохраняется.
Ученых поразило, что более 80 процентов анализируемых событий (слияний черных дыр) проявили собственную «зеркальную асимметрию». В каждом отдельном слиянии вероятность зафиксировать вращение в одну сторону высока. Но различные направления вращения встречаются с одинаковой частотой, компенсируя друг друга и нивелируя суммарную асимметрию.
Учёные обнаружили, что концентрация всех гравитационных волн от крайних космологических явлений в одном направлении привела бы к общей зеркальной несимметричности во вселенной.
Исследования демонстрируют, что отдельный источник (GW200129) нарушил зеркальную симметрию, в то время как по общей выборке её не наблюдается. Это соответствует космологическому принципу, но указывает на необычные эффекты у отдельных слияний. объяснил Бустийо.
Встречается мало «однонаправленных» слияний черных дыр. Ученые пока не пришли к выводам, а будущие исследования помогут определить, скрывается ли за случайным распределением глобальное нарушение зеркальной симметрии или Вселенная остается нейтральной.