一组理论物理学家提出了一种新方法来测试爱因斯坦理论中最有趣的预测之一：引力记忆。
这种效应是指由被称为引力波的时空涟漪的通过引起的宇宙结构的永久性变化。虽然这些波浪已经通过激光干涉仪引力波天文台（LIGO）和室女座干涉仪等天文台的观测，波的挥之不去的印记仍然难以捉摸。
研究人员认为，宇宙微波背景——宇宙微波背景辐射留下的微弱光芒——可能带有来自遥远黑洞合并的强大引力波的特征。研究这些信号不仅可以证实爱因斯坦的预测，还可以揭示宇宙历史上一些最具活力的事件。
“对这种现象的观察可以为我们提供更多不同物理领域的知识，”米克尔·米拉韦-特内斯瓦伦西亚大学的博士生、该研究的合著者之一通过电子邮件告诉《生活科学》。 “由于它是对爱因斯坦广义相对论的直接预测，它的观测将作为对该理论的确认，就像 LIGO、Virgo 和 KAGRA（神冈引力波探测器）对引力波的观测所做的那样！它也可以用作研究一些天体物理场景的附加工具，因为它可以包含有关生成记忆的事件类型的信息，例如超新星或碰撞。”
引力波如何在宇宙中留下痕迹
根据广义相对论，扭曲时空的大质量物体可以产生在宇宙中传播的涟漪。。当大质量物体加速时，例如两个黑洞时，就会产生这些引力波。
与穿过物质并保持不变的普通波不同，引力波可以永久改变时空本身的结构。这意味着它们穿过的任何物体，包括称为光的基本粒子，可能会经历速度或方向的持久变化。因此，穿过宇宙的光可以携带过去引力波事件的记忆，并印在其属性中。
有关的：
研究人员探索了是否可以在宇宙微波背景中观察到这种效应。宇宙微波背景是一种残留的辐射场，自宇宙年龄仅为当前年龄的百分之一以来就一直在太空中传播。这种辐射温度的微妙变化可能提供有关古代黑洞合并引力波的线索。
“我们可以学到很多东西”凯·亨德里克斯哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的博士生、该研究的另一位合著者在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “例如，测量引力波信号中的引力记忆可以让我们更多地了解产生该信号的两个黑洞的特性；这些黑洞有多重，或者它们离我们有多远。”
但其影响超出了单个黑洞合并的范围。如果可以在宇宙微波背景中检测到引力记忆的印记，就可以揭示超大质量黑洞在早期宇宙中的合并是否比今天更频繁。这可以为了解星系和黑洞在宇宙时间内如何演化提供新的见解。
测量印记
为了确定是否可以检测到记忆效应，研究小组计算了黑洞合并如何影响宇宙微波背景。他们的分析表明，这些剧烈事件应该会在背景辐射中留下可测量的变化，信号的强度取决于黑洞的质量以及历史上此类合并发生的频率。
“光的波长与其温度直接相关——波长小则温度高，波长大则温度低。”大卫·奥尼尔尼尔斯·玻尔研究所的博士生、该研究的另一位合著者在一封电子邮件中告诉《生活科学》。 “受引力波记忆影响的一些光变得‘更热’，而另一些光则变得‘更冷’。热光和冷光区域在天空中形成一种图案。我们预测这种模式会出现在宇宙微波背景中，尽管非常微弱。”
尽管目前能够探测微波辐射的望远镜，例如普朗克卫星，已经详细地绘制了宇宙微波背景图，但引力波记忆引起的温度变化预计非常小——大约万亿分之一度。这使得利用现有技术很难观察到它们。然而，未来具有更高灵敏度的望远镜也许能够探测到这些微妙的扭曲，从而提供一种新的方法来探测塑造宇宙的无形引力影响。
完善模型以供未来测试
虽然研究表明引力波记忆应该在宇宙微波背景中留下痕迹，但研究人员承认他们的计算是基于简化的假设。在做出明确的预测之前，需要更完善的模型。
例如，该团队最初假设所有合并的黑洞都具有相同的质量，而实际上，它们的质量可能会有很大差异。超大质量黑洞的范围从几百万到几百万，这意味着它们对宇宙微波背景的影响也会不同。在未来的研究中考虑这种变化将很重要。
“目前，我们正在研究的影响非常微妙。然而，在天空的某些区域，它可能会出乎意料地强烈，”亨德里克斯说。 “为了探索这一点，我们需要更先进的模型来考虑宇宙的整个演化。所以这不是一件容易的事！但这可以让我们更接近探测这种宇宙印记并揭示宇宙演化的新见解。”
