Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Offbeat

Mengidentifikasi riak primordial akan menjadi kunci untuk memahami kondisi alam semesta awal – ScienceDaily


Pada saat-saat setelah Big Bang, gelombang gravitasi pertama terdengar. Produk dari fluktuasi kuantum dalam sup baru materi primordial, riak paling awal melalui struktur ruang-waktu ini dengan cepat diperkuat oleh proses inflasi yang mendorong alam semesta berkembang secara eksplosif.

Gelombang gravitasi primordial, yang dihasilkan hampir 13,8 miliar tahun lalu, masih bergema di alam semesta hingga saat ini. Namun mereka tenggelam oleh derak gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh peristiwa yang lebih baru, seperti tabrakan lubang hitam dan bintang neutron.

Sekarang sebuah tim yang dipimpin oleh seorang mahasiswa pascasarjana MIT telah mengembangkan metode untuk menghilangkan sinyal yang sangat redup dari riak primordial dari data gelombang gravitasi. Hasilnya akan dipublikasikan minggu ini di Surat Review Fisik.

Gelombang gravitasi dideteksi hampir setiap hari oleh LIGO dan detektor gelombang gravitasi lainnya, tetapi sinyal gravitasi primordial beberapa kali lipat lebih redup daripada yang dapat dideteksi oleh detektor ini. Detektor generasi berikutnya diharapkan akan cukup sensitif untuk mendeteksi riak paling awal ini.

Dalam dekade berikutnya, seiring semakin banyaknya instrumen sensitif yang online, metode baru dapat diterapkan untuk menggali sinyal tersembunyi dari gelombang gravitasi pertama alam semesta. Pola dan sifat gelombang primordial ini kemudian dapat mengungkapkan petunjuk tentang alam semesta awal, seperti kondisi yang mendorong inflasi.

“Jika kekuatan sinyal primordial berada dalam kisaran yang dapat dideteksi oleh detektor generasi berikutnya, yang mungkin saja terjadi, maka itu akan menjadi masalah yang kurang lebih hanya memutar engkol pada data, menggunakan metode ini kita telah berkembang, “kata Sylvia Biscoveanu, seorang mahasiswa pascasarjana di Institut Kavli untuk Penelitian Astrofisika dan Luar Angkasa MIT. “Gelombang gravitasi primordial ini kemudian dapat memberi tahu kita tentang proses di awal alam semesta yang tidak mungkin untuk diselidiki.”

Rekan penulis Biscoveanu adalah Colm Talbot dari Caltech, dan Eric Thrane serta Rory Smith dari Monash University.

Dengungan konser

Perburuan gelombang gravitasi primordial terkonsentrasi terutama pada gelombang mikro kosmik latar, atau CMB, yang dianggap sebagai radiasi sisa dari Big Bang. Saat ini radiasi ini merembes ke alam semesta sebagai energi yang paling terlihat di pita gelombang mikro dari spektrum elektromagnetik. Para ilmuwan percaya bahwa ketika gelombang gravitasi primordial beriak keluar, mereka meninggalkan jejak pada CMB, dalam bentuk mode-B, sejenis pola polarisasi halus.

Fisikawan telah mencari tanda-tanda B-mode, yang paling terkenal dengan BICEP Array, serangkaian eksperimen termasuk BICEP2, yang pada tahun 2014 diyakini oleh para ilmuwan telah mendeteksi B-mode. Namun, sinyal tersebut ternyata disebabkan oleh debu galaksi.

Ketika para ilmuwan terus mencari gelombang gravitasi primordial di CMB, yang lain memburu riak langsung dalam data gelombang gravitasi. Ide umumnya adalah mencoba dan mengurangi “latar depan astrofisika” – sinyal gelombang gravitasi apa pun yang muncul dari sumber astrofisika, seperti lubang hitam yang bertabrakan, bintang neutron, dan ledakan supernova. Hanya setelah mengurangi latar depan astrofisika ini, fisikawan dapat memperkirakan sinyal nonastrofisika yang lebih tenang yang mungkin mengandung gelombang primordial.

Masalah dengan metode ini, kata Biscoveanu, adalah bahwa latar depan astrofisika mengandung sinyal yang lebih lemah, misalnya dari penggabungan yang lebih jauh, yang terlalu redup untuk dilihat dan sulit diperkirakan pada pengurangan akhir.

“Analogi yang ingin saya buat adalah, jika Anda berada di konser rock, latar belakang primordial seperti dengungan lampu di atas panggung, dan latar depan astrofisika seperti semua percakapan semua orang di sekitar Anda,” Biscoveanu menjelaskan . “Anda dapat mengurangi percakapan individu hingga jarak tertentu, tetapi percakapan yang sangat jauh atau sangat samar masih terjadi, tetapi Anda tidak dapat membedakannya. Saat Anda mengukur seberapa keras suara stagelight itu bersenandung, Anda akan mendapatkan kontaminasi ini dari percakapan ekstra ini yang tidak dapat Anda singkirkan karena Anda tidak dapat benar-benar menggoda mereka. “

Suntikan primordial

Untuk pendekatan baru mereka, para peneliti mengandalkan model untuk menggambarkan “percakapan” yang lebih jelas dari latar depan astrofisika. Model tersebut memprediksi pola sinyal gelombang gravitasi yang akan dihasilkan oleh penggabungan objek astrofisika dengan massa dan putaran berbeda. Tim menggunakan model ini untuk membuat data simulasi pola gelombang gravitasi, dari sumber astrofisika kuat dan lemah seperti penggabungan lubang hitam.

Tim kemudian mencoba untuk mengkarakterisasi setiap sinyal astrofisika yang bersembunyi dalam data simulasi ini, misalnya untuk mengidentifikasi massa dan putaran lubang hitam biner. Karena itu, parameter ini lebih mudah diidentifikasi untuk sinyal yang lebih keras, dan hanya dibatasi secara lemah untuk sinyal yang paling lembut. Sementara metode sebelumnya hanya menggunakan “tebakan terbaik” untuk parameter setiap sinyal untuk menguranginya dari data, metode baru memperhitungkan ketidakpastian di setiap karakterisasi pola, dan dengan demikian mampu membedakan keberadaan sinyal terlemah , bahkan jika mereka tidak dikarakterisasi dengan baik. Biscoveanu mengatakan kemampuan untuk mengukur ketidakpastian ini membantu para peneliti menghindari bias dalam pengukuran latar belakang primordial.

Begitu mereka mengidentifikasi pola-pola nonrandom yang berbeda dalam data gelombang gravitasi, mereka ditinggalkan dengan sinyal gelombang gravitasi primordial yang lebih acak dan kebisingan instrumental yang spesifik untuk setiap detektor.

Gelombang gravitasi primordial diyakini menembus alam semesta sebagai dengungan yang terus-menerus dan menyebar, yang dihipotesiskan oleh para peneliti harus terlihat sama, dan dengan demikian berkorelasi, dalam dua detektor.

Sebaliknya, derau acak lainnya yang diterima dalam detektor harus spesifik untuk detektor itu, dan tidak berhubungan dengan detektor lain. Misalnya, kebisingan yang dihasilkan dari lalu lintas di sekitar harus berbeda bergantung pada lokasi pendeteksi tertentu. Dengan membandingkan data dalam dua detektor setelah memperhitungkan sumber astrofisika yang bergantung pada model, parameter latar belakang primordial dapat disingkirkan.

Para peneliti menguji metode baru dengan mensimulasikan 400 detik data gelombang gravitasi, yang mereka sebarkan dengan pola gelombang yang mewakili sumber astrofisika seperti penggabungan lubang hitam. Mereka juga menyuntikkan sinyal ke seluruh data, mirip dengan dengungan gelombang gravitasi primordial yang terus-menerus.

Mereka kemudian membagi data ini menjadi segmen empat detik dan menerapkan metode mereka ke setiap segmen, untuk melihat apakah mereka dapat secara akurat mengidentifikasi penggabungan lubang hitam serta pola gelombang yang mereka injeksikan. Setelah menganalisis setiap segmen data melalui banyak simulasi yang dijalankan, dan di bawah berbagai kondisi awal, mereka berhasil mengekstraksi latar belakang primordial yang terkubur.

“Kami dapat menyesuaikan latar depan dan latar belakang secara bersamaan, sehingga sinyal latar belakang yang kami dapatkan tidak terkontaminasi oleh latar depan sisa,” kata Biscoveanu.

Dia berharap, sekali lagi detektor generasi berikutnya yang sensitif online, metode baru ini dapat digunakan untuk menghubungkan silang dan menganalisis data dari dua detektor yang berbeda, untuk menyaring sinyal primordial. Kemudian, para ilmuwan mungkin memiliki utas berguna yang dapat mereka telusuri kembali ke kondisi alam semesta awal.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Hongkong Prize