Eerdere natuurkundige theorieën introduceerden verschillende fundamentele constanten, inclusief Newtons constante G, die de sterkte van de zwaartekrachtinteractie tussen twee massieve objecten kwantificeert. gecombineerd, deze fundamentele constanten stellen natuurkundigen in staat om het universum te beschrijven op manieren die eenvoudig en gemakkelijker te begrijpen zijn.

Vroeger, sommige onderzoekers vroegen zich af of de waarde van fundamentele constanten in de loop van de kosmische tijd veranderde. Bovendien, enkele alternatieve theorieën over zwaartekracht (d.w.z. aanpassingen of vervangingen van Einsteins algemene relativiteitstheorie), voorspellen dat de constante G in de tijd varieert.

Onderzoekers van het International Center for Theoretical Sciences van het Tata Institute for Fundamental Research in India hebben onlangs een methode voorgesteld die kan worden gebruikt om beperkingen op te leggen aan de variatie van G in de kosmische tijd. Deze methode, geschetst in een paper gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , is gebaseerd op waarnemingen van samensmeltende binaire neutronensterren.

"Verschillende experimenten hebben de hoeveelheid variatie van G beperkt, "Parameswaran Ajith, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Ons werk laat zien dat zwaartekrachtsgolfwaarnemingen van dubbelsterren van neutronensterren een nieuwe methode bieden voor het meten van de tijdsvariatie van G. Uit het zwaartekrachtgolfsignaal dat voortkomt uit een fusie van binaire neutronensterren, we kunnen de combinatie GM /c . meten ² , waarbij M de totale massa van het binaire getal is en c de lichtsnelheid. Als we een onafhankelijke meting van M en c hebben, we kunnen de waarde van G bepalen."

Hoewel de snelheid van het licht bekend is, er is geen onafhankelijke meting van de massa van een dubbelsterfusie. Wat is bekend, echter, is dat neutronensterren specifieke massalimieten hebben.

specifiek, natuurkundigen weten dat als een neutronenster te zwaar is, het zal bezwijken onder zijn eigen zwaartekracht. Anderzijds, als het te licht is, het zal zijn materiaal niet kunnen vasthouden. Ajith en zijn collega's stelden in wezen voor om deze bekende massalimieten te gebruiken om het bereik van waarden te beperken dat G kan hebben tijdens een fusie van dubbelsterren.

"Het oorspronkelijke idee van mijn medewerker Shasvath Kapadia was om de elektromagnetische emissie van de fusie te gebruiken om onafhankelijk de massa van het binaire getal te schatten, " zei Ajith. "Terwijl dit is, in principe, mogelijk, de onzekerheden in deze meting zijn groot vanwege de complexe fysica. In de toekomst, zo'n meting zou ook mogelijk zijn."

De bevindingen verzameld door Ajith en zijn collega's introduceren nieuwe beperkingen op de zwaartekrachtconstante (G) over een kosmologisch tijdperk dat niet door andere waarnemingen wordt onderzocht. In feite, waarnemingen uit het verleden onderzoeken over het algemeen het zeer vroege heelal (d.w.z. minuten na de oerknal) of de meest 'recente' versie van het heelal (d.w.z. tot ongeveer 100 miljoen jaar geleden).

De methode die door dit team van onderzoekers is ontwikkeld, zou kunnen helpen om beter te begrijpen in hoeverre de zwaartekrachtconstante G in de loop van de kosmische tijd varieert. Bovendien, wanneer toegepast op toekomstige waarnemingen van zwaartekrachtgolven, het zou fysici mogelijk in staat kunnen stellen om de waarde van G te onderzoeken voor een uitgebreid kosmologisch tijdperk, verspreid over 10 miljard jaar.

"Gravitatiegolf-observatoria zoals LIGO en Virgo blijven hun gevoeligheden verbeteren. Er worden nieuwe detectoren gebouwd in Japan en India, " zei Ajith. "In het volgende decennium, we zullen zwaartekrachtsgolven detecteren van honderden binaire neutronensterren. De volgende geplande generatie detectoren zal miljoenen van hen detecteren, en elke waarneming zal de waarde van G beperken vanuit een ander kosmologisch tijdperk. Op deze manier, we zouden in staat moeten zijn om een ​​'kaart' te maken van de variatie van G over een uitgebreid kosmologisch tijdperk van 10 miljard jaar!"

© 2021 Science X Network