I august 2017 gjorde astronomer et nytt stort gjennombrudd da Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) oppdaget gravitasjonsbølger som antas å være forårsaket av sammenslåingen av to nøytronstjerner. Siden den tid har forskere ved flere anlegg over hele verden foretatt oppfølgingsobservasjoner for å bestemme kjølvannet av denne fusjonen, til og med for å teste ulike kosmologiske teorier.
Tidligere har for eksempel noen forskere antydet at uoverensstemmelsene mellom Einsteins teori om generell relativitet og universets natur over storskala kan forklares med tilstedeværelsen av ekstra dimensjoner. I følge en ny studie fra et team av amerikanske astrofysikere utelukker imidlertid fjorårets kilonova-hendelse denne hypotesen effektivt.
Studien deres ble nylig publisert i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,med tittelen “Begrensninger på antall romtidsdimensjoner fra GW170817”. Studien ble ledet av Kris Pardo, en doktorgradsstudent ved Institutt for astrofysiske vitenskaper ved Princeton University, og inkluderte medlemmer fra University of Chicago, Stanford University og Flatiron Institute's Center for Computational Astrophysics.
I motsetning til tidligere hendelser som produserte gravitasjonsbølger, involverte kilonova-hendelsen - kjent som GW170817 - sammenslåing av to nøytronstjerner (i motsetning til sorte hull), og etterspillet var synlig for astronomer ved bruk av konvensjonelle teleskoper. Dessuten var det den første astronomiske hendelsen som ble oppdaget i både gravitasjons- og elektromagnetiske bølger - inkludert synlig lys, gammastråler, røntgenstråler og radiobølger.
Som professor Daniel Holz - professor i astronomi / astrofysikk og fysikk ved University of Chicago, og en medforfatter på studien - forklarte:
"Det er første gang vi har kunnet oppdage kilder samtidig i både gravitasjons- og lysbølger. Dette gir en helt ny og spennende sonde, og vi har lært alle slags interessante ting om universet. "
Som nevnt, har forskere lenge søkt forklaringer på avviket mellom vår moderne forståelse av tyngdekraften (som forklart av General Relativity) og våre observasjoner av universet. I hovedsak har galakser og galakse klynger en større gravitasjonspåvirkning enn det som kan forklares med mengden synlig materiale de har (dvs. stjerner, støv og gass).
Så langt har forskere antydet eksistensen av mørk materie for å forklare den tilsynelatende "manglende masse", og mørk energi for å forklare hvorfor universet er i en konstant (og akselererende) ekspansjonstilstand. Men en annen teori er at over lange avstander "lekker" tyngden i ytterligere dimensjoner, noe som får den til å virke svakere over store skalaer. Dette vil forklare den tilsynelatende forskjellen mellom astronomiske observasjoner og generell relativitet.
Kilonova-hendelsen - og gravitasjonsbølgene og lyset den produserte - tilbød forskerteamet en måte å teste denne teorien på. I utgangspunktet, hvis tyngdekraften ble lekket til andre dimensjoner etter sammenslåingen, ville signalet målt med LIGO og andre gravitasjonsbølgedetektorer vært svakere enn forventet. Det var det imidlertid ikke.
Fra dette bestemte teamet at selv over skalaer som involverer hundrevis av millioner lysår, består universet av tre dimensjoner på rommet og en tid som vi er kjent med. Og ifølge teamet er dette bare den første av mange tester som astronomer vil være i stand til å gjøre takket være den nylige eksplosjonen innen gravitasjonsbølgeforskning.
”Det er så mange teorier at vi til nå ikke hadde konkrete måter å teste på. Dette forandrer hvordan mange mennesker kan gjøre astronomien sin, sier Fishbach. Med fremtidige gravitasjonsbølgedeteksjoner kan forskere finne måter å teste andre kosmologiske mysterier. "Vi ser frem til å se hvilke gravitasjonsbølger overraskelser universet kan ha i vente for oss," la Holz til.
