I augusti 2017 gjorde astronomer ytterligare ett stort genombrott när Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) upptäckte gravitationsvågor som tros orsakas av sammanslagningen av två neutronstjärnor. Sedan den tiden har forskare vid flera anläggningar runt om i världen genomfört uppföljningsobservationer för att bestämma efterdyningarna av denna sammanslagning, till och med för att testa olika kosmologiska teorier.
Tidigare har till exempel vissa forskare föreslagit att inkonsekvenserna mellan Einsteins teori om allmän relativitet och universums natur över stora skalor kan förklaras av närvaron av extra dimensioner. Enligt en ny studie från ett team av amerikanska astrofysiker utesluter emellertid kilonovahändelsen förra året denna hypotes.
Deras studie publicerades nyligen i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,med titeln “Gränser för antalet rymddimension från GW170817”. Studien leddes av Kris Pardo, en doktorand vid institutionen för astrofysiska vetenskaper vid Princeton University, och inkluderade medlemmar från University of Chicago, Stanford University och Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics.
Till skillnad från tidigare händelser som producerade gravitationsvågor, involverade kilonova-händelsen - känd som GW170817 - sammanslagningen av två neutronstjärnor (i motsats till svarta hål) och efterdyningarna var synliga för astronomer med konventionella teleskop. Dessutom var det den första astronomiska händelsen som upptäcktes i både gravitations- och elektromagnetiska vågor - inklusive synligt ljus, gammastrålar, röntgenstrålar och radiovågor.
Som professor Daniel Holz - professor i astronomi / astrofysik och fysik vid University of Chicago och en medförfattare till studien - förklarade:
”Det här är första gången vi har kunnat upptäcka källor samtidigt i både gravitations- och ljusvågor. Detta ger en helt ny och spännande sond, och vi har lärt oss alla möjliga intressanta saker om universum. "
Som noterats har forskare länge sökt förklaringar för skillnaden mellan vår moderna förståelse av allvar (som förklaras av General Relativity) och våra observationer av universum. I huvudsak har galaxer och galaxkluster ett större gravitationspåverkan än vad som kan förklaras av den mängd synlig materia de har (dvs stjärnor, damm och gas).
Hittills har forskare föreslagit existensen av mörk materia för att förklara den uppenbara "saknade massan" och mörk energi för att förklara varför universum befinner sig i ett konstant (och accelererande) expansionstillstånd. Men en annan teori är att tyngdkraften "över långa avstånd" läcker ut i ytterligare dimensioner, vilket gör att den verkar svagare över stora skalor. Detta skulle förklara den uppenbara skillnaden mellan astronomiska observationer och allmän relativitet.
Kilonova-händelsen - och gravitationella vågor och ljus som den producerade - erbjöd forskarteamet ett sätt att testa denna teori. I grund och botten, om tyngdekraften läckte ut i andra dimensioner efter sammanslagningen, skulle signalen mätt med LIGO och andra gravitationsvågsdetektorer ha varit svagare än väntat. Men det var det inte.
Från detta bestämde teamet att även över skalor som involverar hundratals miljoner ljusår består universum av tre dimensioner av rymden och en tid som vi är bekanta med. Och enligt teamet är detta bara det första av många test som astronomer kommer att kunna göra tack vare den senaste tidens explosion i gravitationsvågforskning.
”Det finns så många teorier att vi hittills inte hade konkreta sätt att testa. Detta förändrar hur många människor kan göra sin astronomi, sade Fishbach. Med framtida gravitationsvågdetekteringar kan forskare hitta sätt att testa andra kosmologiska mysterier. "Vi ser fram emot att se vilka gravitationsvågöverraskningar universum kan ha för oss," tillade Holz.
