Erstmals im Jahr 2015 entdeckt, haben Gravitationswellen Wissenschaftlern geholfen, die Entwicklung unseres Universums seit dem Urknall zu verstehen. Gravitationswellen sind Schwingungen in der Raumzeit, die sich wie eine Welle im Wasser bewegen, wenn man über einen Stein gleitet – wenn man mit Lichtgeschwindigkeit über einen Stein gleiten könnte.
Jetzt haben Forscher am MIT eine Technik entwickelt, die helfen könnte, die schwächeren Signale zu erkennen, von denen angenommen wird, dass sie die frühesten Gravitationswellen des Universums darstellen, die nur wenige Augenblicke nach dem Urknall entstanden sind.
Während die Wellen der jüngeren Geschichte täglich erfasst werden, sind die Urwellen zu schwach, als dass aktuelle Detektoren sie erfassen könnten. Die Interpretation dieser frühen Wellen wird uns helfen, den Anfang des Universums zusammenzusetzen und unser Verständnis des Urknalls zu verbessern.
„Diese ursprünglichen Gravitationswellen können uns dann über Prozesse im frühen Universum informieren, die sonst unmöglich zu untersuchen sind“, sagte Sylvia Biscoveanu, die Doktorandin, die diese Entwicklung leitete.
Derzeit sind diese schwachen Signale unter dem Rauschen des „astrophysikalischen Vordergrunds“ verborgen, der laute Ereignisse wie kollidierende Schwarze Löcher und Neutronensterne aus der späteren Geschichte des Universums umfasst. Um das verborgene Summen dieser Signale aufzudecken, haben frühere Methoden versucht, das Übertönungsrauschen neuerer Signale zu subtrahieren, aber Biscoveanu erkannte, dass sie durch grobe Schätzungen des Vordergrundrauschens begrenzt waren.
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„Die Analogie, die ich gerne mache, ist, wenn Sie bei einem Rockkonzert sind, ist der ursprüngliche Hintergrund wie das Summen der Lichter auf der Bühne, und der astrophysikalische Vordergrund ist wie alle Gespräche aller Menschen um Sie herum“, sagte Biscoveanu .
„Man kann die einzelnen Gespräche bis zu einer gewissen Entfernung herausrechnen, aber die wirklich weit entfernten oder ganz schwachen kommen dann immer noch vor, aber man kann sie nicht unterscheiden. Wenn man misst, wie laut die Bühnenlichter brummen, Sie werden diese Kontamination durch diese zusätzlichen Gespräche bekommen, die Sie nicht loswerden können, weil Sie sie nicht wirklich herauskitzeln können."
Das Team von Biscoveanu am MIT erstellte Modelle, die diese „Gespräche“ simulieren und ihre schwächeren Gravitationswellensignale vorhersagen. Sie quantifizierten die Unsicherheit in ihren Messungen und bezogen dies in die Charakterisierung jedes Musters ein. Beim Testen ihrer Simulation konnten sie zwischen dem Vordergrund und dem weicheren Echo früher Gravitationswellen unterscheiden.
Verbesserungen an aktuellen Detektoren werden ihre Empfindlichkeit erhöhen, um hoffentlich diese weiter entfernten Wellen zu erkennen. Biscoveanu hofft, dass diese zusammen mit dieser neuen Technik verwendet werden, um die Details früher Gravitationswellen herauszukitzeln und unser Verständnis der frühen Stadien des Universums zu färben.