Международная группа ученых из LIGO, Virgo и KAGRA установили самые строгие ограничения на таинственные космические струны — топологические дефекты пространства-времени, которые пока еще ускользают от исследователей. Полученные результаты помогают понять, какими характеристиками космические струны должны обладать, если они действительно существуют. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Теории поля предсказывают, что по мере того, как Вселенная расширялась и ее температура падала, она должна была претерпевать серию фазовых переходов, за которыми последовало спонтанное нарушение симметрий, которые могли оставить после себя топологические дефекты. Одномерные топологические дефекты называют космическими струнами. Хотя модели физики элементарных частиц предсказывают существование космических струн, в настоящее время нет никаких подтверждений их существования.

Космические струны должны быть достаточно массивными, однако большая масса соответствует значительному гравитационному эффекту. Детекторы гравитационных волн способны в теории зафиксировать признаки существования космических струн, а также других явлений, что недоступно для обычных ускорителей частиц.

На данный момент известно два возможных численных моделирования петель космических струн. В новой работе ученые разработали модель, которая интерполирует между двумя предыдущими, и использовали ее для анализа данных гравитационных волн из последней серии наблюдений коллаборации LIGO/Virgo/KAGRA. Они попытались зафиксировать гравитационно-волновые сигналы, возникающие благодаря топологическим особенностям космических струн, таких как выступы, перегибы, а также явления, при котором сталкиваются два перегиба. С помощью численной модели исследователям удалось ограничить натяжение струны как функцию числа выступов или перегибов, чье значение должно быть меньше или приблизительно равно 4, умноженное на 10 в минус 15-ой степени.

Как пишут авторы, в случае космических струн, образованных в конце инфляции (периода экспоненциального расширения Вселенной), эти результаты бросают вызов простым инфляционным моделям, описывающим Вселенную в первые мгновения после Большого взрыва.