Ar putea exista crăpături în textura spaţiu-timp din care este format Universul, fisuri rămase din perioada imediat următoare după Big Bang, însă telescoapele actuale nu le pot detecta, conform unui nou studiu, realizat de cercetătorul de origine română Răzvan Ciucă, de la Marianopolis College, din Westmount, Quebec, şi de Oscar Hernández, de la Universitatea McGill din Montreal, Canada, transmite Live Science.
Aceste fisuri, dacă se demonstrează că există, sunt vechi cicatrici care datează de la Big Bang, atunci când Universul a început să se răcească. Această mare răcire, pe care fizicienii o numesc "tranziţie de fază", a început mai devreme în unele locuri decât în altele, conform teoriei. Bule mai reci s-au format şi s-au extins prin spaţiu-timp până când au intrat în contact cu alte astfel de bule. În cele din urmă, întregul spaţiu a trecut printr-o tranziţie de fază, iar Universul primordial, fierbinte, a dispărut.
Însă acea stare primordială, fierbinte, cu niveluri energetice ridicate, ar fi putut supravieţui în zonele de contact dintre aceste bule de spaţiu-timp reci. Unii fizicieni susţin că am putea vedea încă dovezi ale acestor fisuri rămase în zonele în care două sau mai multe bule nu s-au lipit perfect una de cealaltă. Cunoscute drept "stringuri cosmice", ele ar putea fi vizibile în radiaţia cosmică de fond (CMB) - amprenta de căldură rămasă după naşterea violentă a Universului. Conform noului studiu, aceste dovezi ar fi însă mult prea slabe pentru a putea fi detectate de telescoapele actuale.
Stringurile cosmice sunt nişte structuri pe care ni le putem imagina cu mare greutate, conform lui Oscar Hernández, fizician la Universitatea McGill şi co-autor al studiului. Însă există nişte analogii pe care le putem face.
"Aţi păşit vreodată pe suprafaţa îngheţată a unui lac ? Aţi remarcat că este brăzdată de crăpături ? Chiar dacă gheaţa este solidă şi nu ai de ce să te temi, există totuşi astfel de fisuri", a explicat fizicianul, precizând că aceste crăpături din gheaţă se formează în urma unui proces similar de tranziţie de fază ca şi stringurile cosmice.
"Gheaţa este apă care a trecut printr-o tranziţie de fază. Moleculele de apă erau libere să se mişte în starea de fluid şi apoi, dintr-o dată, încep să se solidifice, să formeze un cristal... Încep să se alinieze în plăci, de cele mai multe ori de formă hexagonală. Acum să ne imaginăm că avem astfel de plăci de formă perfect hexagonală şi că acoperim întreaga suprafaţă a lacului cu ele. Dacă cineva de pe celălalt mal începe în acelaşi timp să alinieze aceste plăcuţe, atunci sunt practic zero şansele ca ele să se îmbine perfect".
Îmbinările imperfecte dintre plăcuţele de gheaţă formează lungi crăpături la suprafaţa lacului îngheţat. Dacă fizica noastră este corectă, în textura Universului, unde se intersectează spaţiul şi timpul, aceste îmbinări imperfecte formează stringuri cosmice.
În spaţiu, susţin fizicienii, există câmpuri care determină comportamentul forţelor şi particulelor fundamentale. Prima tranziţie de fază a Universului a adus în existenţă astfel de câmpuri.
"Ar putea exista un câmp care este legat de o anumită particulă care trebuie, într-un anumit sens, să aleagă o direcţie în care să stea şi să se răcească. Iar cum Universul este foarte mare, poate alege direcţii diferite din părţi diferite ale Universului. Acum, dacă aceste câmpuri respectă anumite condiţii... atunci, când Universul s-a răcit vor rămâne linii de discontinuitate, linii de energie care nu se pot răci", susţine Oscar Hernández.
În prezent, aceste zone de îmbinare ar apărea drept nişte linii de energie infinitezimal de subţiri care brăzdează spaţiul.
Observarea acestor stringuri cosmice ar împinge mult mai departe ceea ce ştim despre Univers. În prezent, cea mai avansată teorie din domeniul fizicii particulelor, despre care cercetătorii susţin că a fost demonstrată în mare parte, poartă denumirea de Modelul Standard. El include quarcurile şi electronii care formează atomi, precum şi particule mult mai exotice, precum neutrinii sau bosonul lui Higgs.
Majoritatea fizicienilor sunt însă de părere că Modelul Standard este incomplet şi circulă tot felul de idei despre cum ar putea fi completat - de la teorii despre particule supersimetrice şi până la teoria superstringurilor (ideea că toate particulele şi forţele pot fi explicate ca vibraţii ale unor minuscule corzi multidimensionale). Trebuie menţionat aici că "stringurile" din teoria superstringurilor nu sunt acelaşi lucru cu "stringurile cosmice".
"Numeroase teorii formulate pentru a completa Modelul Standard şi care sunt foarte atrăgătoare pentru fizicieni şi marele public deopotrivă - aşa cum sunt teoria superstringurilor şi altele - conduc în mod natural la stringurile cosmice de după Big Bang. În consecinţă, discutăm despre un obiect a cărui existenţă este prezisă de foarte multe modele teoretice, iar dacă el nu există, atunci toate aceste modele sunt infirmate", a mai susţinut Hernández.
Începând cu 2017, interesul fizicienilor pentru studierea radiaţiei cosmice de fond (CMB) a sporit.
Oscar Hernández și Răzvan Ciucă au susţinut în trecut că o reţea neuronală convoluţională - un tip foarte puternic de software care caută tipare sau modele ("patternuri") - ar reprezenta cel mai bun instrument pentru identificarea eventualelor dovezi ale existenţei acestor fisuri în radiaţia cosmică de fond (CMB). Cei doi au scris într-un studiu din 2017 că, un calculator care operează o reţea neuronală convoluţională ar putea identifica astfel de stringuri cosmice, chiar dacă nivelul lor de energie (sau tensiune) este extrem de scăzut, cu condiţia să opereze pe o hartă "perfectă" a radiaţiei cosmice de fond, neafectată de distorsiuni de măsurare.
Revenind asupra acestui subiect în noul studiu, ei au arătat că în realitate, este aproape imposibil să alimentezi un astfel de calculator cu date suficient de exacte despre radiaţia cosmică de fond pentru a putea detecta potenţialele stringuri cosmice. Alte surse strălucitoare de microunde din Univers acoperă radiaţia cosmică de fundal şi este foarte dificil să fie complet eliminate. Chiar şi cele mai moderne instrumente pentru cartografierea radiaţiei cosmice de fond sunt inevitabil imperfecte, au rezoluţii limitate şi pot apărea fluctuaţii aleatorii în măsurătorile lor de la un pixel la altul. Toţi aceşti factori şi mulţi alţii similari fac imposibilă realizarea unei hărţi exacte a radiaţiei cosmice de fond şi analiza ei. Această metodă de a căuta stringurile cosmice este o fundătură !
Cei doi cercetători consideră însă că nu este totul pierdut. O nouă metodă de căutare a acestor fisuri în textura cosmosului porneşte de la măsurători ale expansiunii Universului în toate direcţiile, având ca borne regiunile foarte vechi ale cosmosului. Această metodă, denumită "21 centimeter intensity mapping" (21-cm mapping), nu se bazează pe studierea mişcării galaxiilor individuale sau pe imagini cât mai exacte ale radiaţiei cosmice de fond. Conform lui Hernández, ea se bazează pe măsurarea vitezei medii cu care atomii de hidrogen se îndepărtează de Pământ, în toate direcţiile, în spaţiul îndepărtat.
Cele mai performante observatoare ce vor putea aplica metoda de căutare "21-cm mapping" (denumită aşa pentru că hidrogenul emite unde electromagnetice cu lungimea de undă de 21 cm) nu sunt încă operaţionale. Când însă vor deveni, scriu cei doi autori, există speranţa că vor putea duce la identificarea stringurilor cosmice.