W sierpniu 2017 r. Astronomowie dokonali kolejnego poważnego przełomu, gdy laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO) wykryło fale grawitacyjne, które, jak przypuszczano, zostały spowodowane przez połączenie dwóch gwiazd neutronowych. Od tego czasu naukowcy z wielu ośrodków na całym świecie przeprowadzili obserwacje następcze, aby ustalić następstwa tego połączenia, a nawet przetestować różne teorie kosmologiczne.
Na przykład w przeszłości niektórzy naukowcy sugerowali, że niespójność między teorią ogólnej teorii względności Einsteina a naturą Wszechświata nad dużymi skalami można wyjaśnić obecnością dodatkowych wymiarów. Jednak według nowego badania przeprowadzonego przez zespół amerykańskich astrofizyków, zeszłoroczne wydarzenie kilonova skutecznie wyklucza tę hipotezę.
Ich badanie zostało niedawno opublikowane w Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,zatytułowany „Ograniczenia liczby wymiarów czasoprzestrzennych od GW170817”. Badanie było prowadzone przez Krisa Pardo, absolwenta Wydziału Nauk Astrofizycznych na Uniwersytecie Princeton, i obejmowało członków z University of Chicago, Stanford University oraz Centre for Computational Astrophysics Instytutu Flatiron.
W przeciwieństwie do poprzednich wydarzeń, które wytwarzały fale grawitacyjne, wydarzenie kilonova - znane jako GW170817 - obejmowało połączenie dwóch gwiazd neutronowych (w przeciwieństwie do czarnych dziur), a następstwa były widoczne dla astronomów używających konwencjonalnych teleskopów. Co więcej, było to pierwsze zdarzenie astronomiczne wykryte zarówno w falach grawitacyjnych, jak i elektromagnetycznych - w tym w świetle widzialnym, promieniach gamma, promieniach X i falach radiowych.
Jak wyjaśnił prof. Daniel Holz - profesor astronomii / astrofizyki i fizyki na uniwersytecie w Chicago oraz współautor badań -
„Po raz pierwszy byliśmy w stanie wykryć źródła jednocześnie w falach grawitacyjnych i świetlnych. To zapewnia zupełnie nową i ekscytującą sondę, a my poznawaliśmy wiele interesujących rzeczy na temat wszechświata ”.
Jak zauważono, naukowcy od dawna szukali wyjaśnienia rozbieżności między naszym nowoczesnym rozumieniem grawitacji (jak wyjaśniono w Ogólnej teorii względności) a naszymi obserwacjami Wszechświata. Zasadniczo galaktyki i gromady galaktyk wywierają większy wpływ grawitacyjny niż można to wytłumaczyć ilością widocznej materii, jaką mają (tj. Gwiazdami, pyłem i gazem).
Do tej pory naukowcy sugerowali istnienie ciemnej materii w celu wyjaśnienia pozornej „brakującej masy” oraz ciemnej energii w celu wyjaśnienia, dlaczego Wszechświat jest w stałym (i przyspieszającym) stanie ekspansji. Ale inna teoria głosi, że na dużych odległościach grawitacja „przecieka” do dodatkowych wymiarów, powodując, że wydaje się słabsza w dużych skalach. To wyjaśniałoby pozorną rozbieżność między obserwacjami astronomicznymi a ogólną teorią względności.
Wydarzenie kilonova - oraz wytwarzane przez niego fale grawitacyjne i światło - umożliwiły zespołowi badawczemu przetestowanie tej teorii. Zasadniczo, gdyby grawitacja wyciekła do innych wymiarów po połączeniu, wówczas sygnał zmierzony przez LIGO i inne detektory fal grawitacyjnych byłby słabszy niż oczekiwano. Jednak tak nie było.
Na podstawie tego zespół ustalił, że nawet w skalach obejmujących setki milionów lat świetlnych Wszechświat składa się z trzech wymiarów przestrzeni i jednego znanego nam czasu. Zdaniem zespołu jest to tylko pierwszy z wielu testów, które astronomowie będą w stanie wykonać dzięki niedawnej eksplozji w badaniach fal grawitacyjnych.
„Jest tak wiele teorii, że do tej pory nie mieliśmy konkretnych sposobów na przetestowanie. To zmienia sposób, w jaki wiele osób może wykonywać swoją astronomię ”- powiedział Fishbach. Przy przyszłych wykrytych falach grawitacyjnych naukowcy mogą znaleźć sposoby na przetestowanie innych tajemnic kosmologicznych. „Z niecierpliwością czekamy na to, jakie niespodzianki związane z falą grawitacyjną może mieć dla nas wszechświat” - dodał Holz.
