I august i 2017 gjorde astronomer endnu et stort gennembrud, da Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) opdagede gravitationsbølger, som antages at være forårsaget af fusionen af to neutronstjerner. Siden den tid har forskere ved flere faciliteter rundt om i verden foretaget opfølgningsobservationer for at bestemme kølvandet på denne fusion, som endda for at teste forskellige kosmologiske teorier.
Tidligere har nogle forskere antydet, at uoverensstemmelserne mellem Einsteins teori om generel relativitet og universets natur i forhold til store skalaer kunne forklares ved tilstedeværelsen af ekstra dimensioner. Ifølge en ny undersøgelse fra et team af amerikanske astrofysikere udelukker sidste års kilonova-begivenhed imidlertid denne hypotese.
Deres undersøgelse blev for nylig offentliggjort i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,med titlen “Begrænsninger på antallet af rumtidsmål fra GW170817”. Undersøgelsen blev ledet af Kris Pardo, en kandidatstuderende ved Institut for Astrofysiske Videnskaber ved Princeton University, og omfattede medlemmer fra University of Chicago, Stanford University og Flatiron Institute Center for Computational Astrophysics.
I modsætning til tidligere begivenheder, der producerede tyngdekraftsbølger, involverede kilonova-begivenheden - kendt som GW170817 - fusionen af to neutronstjerner (i modsætning til sorte huller), og efterspørgslen var synlig for astronomer ved hjælp af konventionelle teleskoper. Derudover var det den første astronomiske begivenhed, der blev fundet i både tyngdekraft og elektromagnetiske bølger - inklusive synligt lys, gammastråler, røntgenstråler og radiobølger.
Som professor Daniel Holz - en professor i astronomi / astrofysik og fysik ved University of Chicago og en medforfatter til studiet - forklarede:
”Dette er den allerførste gang, vi har kunnet registrere kilder samtidig i både tyngdepunkt og lysbølger. Dette giver en helt ny og spændende sonde, og vi har lært alle mulige interessante ting om universet. ”
Som bemærket har forskere længe søgt forklaringer på uoverensstemmelsen mellem vores moderne forståelse af tyngdekraften (som forklaret af generel relativitet) og vores observationer af universet. I det væsentlige udøver galakser og galakse-klynger en større gravitationspåvirkning, end det kan forklares med den mængde af synligt stof, de har (dvs. stjerner, støv og gas).
Indtil videre har forskere antydet eksistensen af mørkt stof for at forklare den tilsyneladende "manglende masse" og mørk energi for at forklare, hvorfor universet er i en konstant (og accelererende) ekspansionstilstand. Men en anden teori er, at over lange afstande "lækker" tyngdekraften i yderligere dimensioner, hvilket får den til at se svagere ud over store skalaer. Dette ville forklare den tilsyneladende forskel mellem astronomiske observationer og generel relativitet.
Kilonova-begivenheden - og tyngdekraftsbølgerne og lyset, det producerede - tilbød forskerteamet en måde at teste denne teori på. Grundlæggende, hvis tyngdekraften blev lækket ud i andre dimensioner efter fusionen, ville signalet målt ved LIGO og andre tyngdekraftsdetektorer have været svagere end forventet. Dog var det ikke.
Fra dette bestemte holdet, at selv over skalaer, der involverer hundreder af millioner af lysår, består universet af tre dimensioner af rummet og en tid, som vi er bekendt med. Og ifølge teamet er dette bare den første af mange test, som astronomer vil være i stand til at udføre takket være den nylige eksplosion inden for gravitationsbølgeforskning.
”Der er så mange teorier, at vi indtil nu ikke havde konkrete måder at teste. Dette ændrer, hvor mange mennesker kan gøre deres astronomi, ”sagde Fishbach. Med fremtidige gravitationsbølgedetektioner kan forskere muligvis finde måder at teste andre kosmologiske mysterier. ”Vi ser frem til at se, hvilke tyngdekraftsbølger overraskelser universet måtte have i vente for os,” tilføjede Holz.
