Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi (KBFI) füüsikateoreetikute Hardi Veermäe ja Ville Vaskoneni artikkel selgitas hiljutise gravitatsioonilainete eksperimendi tulemusi ürgsete mustade aukudega. Artikkel ilmus veebruarikuises Ameerika Füüsika Seltsi väljaandes PhysicalReview Letters, kus see on toimetaja valikuna ka esile tõstetud. Physical Review Letters on üks maailma prestiižsemaid füüsikaajakirju, mis avaldab lühikesi silmapaistvaid teadustulemusi kõikidest füüsika valdkondadest. Artikli eeltrükk on tasuta loetav veebikeskkonnas arXiv.
Möödunud aasta septembris avaldas USA-Kanada eksperiment NANOGrav oma viimased mõõtmistulemused ja teatas, et on avastanud võimaliku gravitatsioonilainete signaali. Gravitatsioonilained on võnked aegruumi struktuuris. Maad läbivad gravitatsioonilained võivad muuta maiste kellade kulgu, mistõttu saab neid tuvastada otsides kõrvalekaldeid näiteks kosmiliste pulsarite võnkeperioodis. Just seda signaali NANOGrav nägigi.
Taoliste gravitatsioonilainete päritolu on hetkel teadmata. Ühe võimalusena võisid neid kiirata teineteise ümber tiirlevad ülimassiivsed mustad augud. Hardi Veermäe ja Ville Vaskonen pakkusid välja alternatiivse seletuse. Nad näitasid, et NANOGrav eksperimendi poolt mõõdetud signaal võib pärineda kvantfluktuatsioonidest ülivarajases universumis. Nimelt põhjustavad kvantefektid ülivarajase universumi keskkonnas ületihedusi, mille kokku kukkumisel võivad tekkida nii gravitatsioonilained kui mustad augud. Sellised universumi esimestel sekunditel moodustunud mustad augud oleksid vanimad võimalikud makroskoopilised objektid universumis, mistõttu nimetatakse neid ürgseteks mustadeks aukudeks.
Kui pakutud seletus õigeks osutub, on sellel moodsa füüsika jaoks kaugeleulatuvad tagajärjed. Kosmoloogilistest vaatlustest on teada, et nähtav aine moodustab vaid kuuendiku kogu ainest universumis. Mida kujutab endast ülejäänud viis kuuendikku, nn tumeaine, on tänapäeva füüsika üks suurtest lahendamata probleemidest. Tumeainet on siiani võimalik jälgida vaid läbi selle gravitatsioonilise mõju. Näiteks hoiab selle gravitatsiooniline tõmme koos galaktikaid ja galaktikate parvi. Ühe võimalusena võib tumeaine või vähemalt osa sellest koosneda ürgsetest mustadest aukudest. Käesolev teadustöö kasutas seega NANOGrav eksperimendi tulemusi, et heita valgust tumeaine olemusele ja ülivarajase universumi füüsikale.
Hardi Veermäe on teadur KBFI kõrgete energiate ja arvutusfüüsika laboris. Ville Vaskonen lõpetas samas laboris hiljuti järeldoktorantuuri ning töötab hetkel Barcelona Teaduse ja Tehnoloogia Instituudis. Uurimus valmis EL-i Regionaalarengu fondi toel, mis rahastab tippkeskuse “Tume universum” (2014-2020.4.01.15-0004) tegevust.
Ville Vaskonen, Hardi Veermäe, “Did NANOGrav see a signal from primordial black hole formation?,”
Phys. Rev. Lett. 126, 051303 (2021)
Tagasi
