Stygų teorijai patikrinti – neutralus vandenilis

Seniausią Visatos šviesą sugėrę neutralaus vandenilio atomai galėtų padėti mokslininkams patikrinti tam tikrus stygų teorijos aspektus. Tačiau šiam reikalui įgyvendinti vien ant žemės sumontuotų radijo teleskopų neužtektų – dalį jų tektų perkelti į kosmosą arba tikėtis Mėnulio svetingumo.

Stygų teorijos pagrindas yra ne nulinės dimensijos taškai, o vienmatės stygos, jungiančios du taškus. Jas galima įsivaizduoti kaip plonyčius siūlelius. Šia teorija siekiama sujungti visas keturias pagrindines jėgas, egzistuojančias gamtoje (stiprioji ir silpnoji sąveikos, elektromagnetizmas bei gravitacija), tačiau viena iš sunkiausių šio uždavinio dalių – surasti būdų, kaip patikrinti teorinius rezultatus.

Vis dėlto Ilinojaus universiteto kosmologai nenukabina nosių ir teigia, kad tokį uždavinį gali palengvinti neutralaus vandenilio atomų sugerties savybės, ypač jeigu kalbame apie 21 cm spektro liniją.

„Didelio raudonojo poslinkio 21 cm bangos ilgio stebėjimai suteikia retą galimybę patikrinti stygų teorijos rezultatus, apibrėžti jos parametrus bei išsiaiškinti, ar galima šia teorija aprašyti ir tam tikros rūšies plėtimąsi“, – pasakoja Ilinojaus universiteto fizikos ir astronomijos profesorius Bendžaminas Vandeltas (Benjamin Wandelt).

„Jeigu stygų teorija aprašytų šį plėtimąsi, tuomet turėtų susiformuoti kosminių stygų tinklas, – teigia B. Vandeltas. – Mes galime tai patikrinti stebėdami, kokį poveikį Visatoje susikaupusio vandenilio tankiui turėtų toks kosminių stygų tinklas“.

Profesoriaus B. Vandelto ir doktoranto Rišio Katrio (Rishi Khatri) pasiūlytasis stygų teorijos patikrinimo būdas išspausdintas „Physical Review Letters“ žurnalo straipsnyje.

Apytiksliai prieš 400 tūkst. metų po Didžiojo sprogimo Visatoje susidarė storas neutralaus vandenilio atomų sluoksnis (kiekvienas atomas sudarytas iš vieno protono ir apie jį skriejančio vieno elektrono), apšviestas spinduliuotės, kurią dabar vadiname kosmine mikrobange arba reliktine spinduliuote.

Kadangi neutralus vandenilis noriai sugeria 21 cm bangos ilgio elektromagnetinius spindulius, kosminė mikrobangė spinduliuotė mums suteikia informacijos apie vandenilio atomų sluoksnio tankio nehomogeniškumą.

Kosminės stygos yra be galo ilgi siūleliai. Jų struktūrą galima apytiksliai palyginti su ledo kristaliukais užšalusiame vandenyje.

Kai vanduo inde pradeda užšalti, ledo kristaliukai susidaro skirtingose indo vietose, o jų augimo orientacijos yra atsitiktinės. Kai ledo kristaliukai susitinka, jų augimo kryptys paprastai nebūna toje pačioje tiesėje. Tokių dviejų kristaliukų sandūra yra vadinama netolydumu arba defektu.

Kosminės stygos yra defektai kosmose. Stygų tinklo susidarymą ankstyvojoje Visatoje numato stygų teorija (bei kitos supersimetrijos teorijos, pvz., didžioji jungtinė, vienijanti visas fundamentaliąsias jėgas, išskyrus gravitaciją), tačiau jo dar nėra pavykę aptikti. Judėdamos kosminės stygos turėtų sukelti dujų tankio fliuktuacijas, o apie jas mums informacijos suteiktų 21 cm bangos ilgio spinduliuotė.

Kaip ir kosminės mikrobangės spinduliuotės atveju, kosmologinės 21 cm ilgio elektromagnetinės bangos pailgėjo plečiantis Visatai. Dabar jau reikėtų dairytis apie 21 metro bangos ilgio radijo diapazone.

Norint itin tiksliai išmatuoti registruojamo spektro netolydumus reikėtų daugybės teleskopų, kurių bendras plotas turėtų sudaryti daugiau nei 1 tūkst. kvadratinių kilometrų. Su šiuolaikinėmis technologijomis tai, žinoma, įmanoma, tačiau viską apriboja beprotiška tokio sumanymo kaina.

Jeigu vis dėlto šį planą kada nors pavyktų įgyvendinti, gauti duomenis apie neutralaus vandenilio atomų tankio perturbacijas greičiausiai leistų įvertinti svarbiausią parametrą stygų teorijoje – stygų įtemptį. „Taip mes sužinotume energijos vertes, kurioms esant kvantinė gravitacija pradeda vaidinti svarbų vaidmenį“, – priduria B. Vandeltas.