(Phys.org)—Recente detecties van zwaartekrachtgolven hebben fysici in staat gesteld met steeds grotere precisie te bevestigen wat Einstein meer dan 100 jaar geleden voorspelde in de algemene relativiteitstheorie:dat zwaartekracht niet onmiddellijk werkt zoals Newton dacht, maar plant zich voort met de snelheid van het licht.

"De snelheid van de zwaartekracht, zoals de snelheid van het licht, is een van de fundamentele constanten in het heelal, "Nel Cornish, een natuurkundige aan de Montana State University, vertelde Phys.org . "Tot de komst van zwaartekrachtsgolfastronomie, we hadden geen manier om de snelheid van de zwaartekracht direct te meten."

De afgelopen maanden, natuurkundigen hebben zeer snelle vooruitgang geboekt bij het begrenzen van de snelheid van de zwaartekracht met behulp van waarnemingen van zwaartekrachtgolven.

aanvankelijk, de eerste LIGO-detecties van zwaartekrachtsgolven beperkten de snelheid van de zwaartekracht tot binnen 50% van de lichtsnelheid.

In een artikel dat vorige week werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , Cornish en zijn co-auteurs Diego Blas bij CERN en Germano Nardini aan de Universiteit van Bern hebben de eerste drie zwaartekrachtsgolfgebeurtenissen gecombineerd die zijn gerapporteerd door de LIGO- en Virgo-samenwerkingen, waardoor ze de oorspronkelijke grenzen konden verbeteren tot ongeveer 45% van de lichtsnelheid.

Slechts twee dagen later (en nadat de bovengenoemde natuurkundigen hun paper hadden geschreven), een ander artikel werd gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven door de samenwerkingen LIGO en Maagd, waarvan de auteurs zijn aangesloten bij bijna 200 instellingen over de hele wereld. Door gebruik te maken van gegevens van de zwaartekrachtsgolven die werden uitgezonden door een in augustus gedetecteerde versmelting van binaire neutronensterren, ze waren in staat om het verschil tussen de zwaartekracht en de lichtsnelheid te beperken tot -3 x 10 ^-15 en 7 x 10 ^-16 maal de lichtsnelheid.

De reden voor de enorme sprong in precisie is dat de neutronenstergebeurtenis niet alleen zwaartekrachtgolven uitzond, maar ook elektromagnetische straling in de vorm van gammastraling. De gelijktijdige emissie van zowel zwaartekrachtsgolven als licht uit dezelfde bron stelde de wetenschappers in staat grenzen te stellen aan de zwaartekracht die vele orden van grootte strenger is dan wat zou kunnen worden ingesteld met alleen zwaartekrachtgolfsignalen.

Afhankelijk van of een astrofysische bron zowel zwaartekrachtsgolven als licht uitzendt of alleen de eerste, wetenschappers nemen verschillende benaderingen om de snelheid van de zwaartekracht te beperken. Wanneer een bron zowel zwaartekrachtsgolven als licht uitzendt, wetenschappers kunnen het verschil (indien aanwezig) in de aankomsttijden van de twee verschillende soorten signalen meten bij een enkele detector. In de AJL papier, de wetenschappers maten een aankomstvertraging van slechts enkele seconden tussen signalen die een afstand van meer dan honderd miljoen lichtjaar aflegden. Zo'n kleine vertraging over deze afstand wordt als vrijwel niets beschouwd.

Anderzijds, wanneer een bron alleen zwaartekrachtsgolven uitzendt, wetenschappers moeten hetzelfde signaal detecteren in meerdere op aarde gebaseerde detectoren en het (zeer kleine) verschil in aankomsttijden meten. De wetenschappers van de PRL paper deed dit door signalen te vergelijken die werden gedetecteerd door twee LIGO-detectoren die 1800 mijl van elkaar verwijderd waren:één in Hanford, Washington, en de andere in Livingston, Louisiana.

Zoals de natuurkundigen uitleggen, het is mogelijk om de grenzen van de zwaartekracht aanzienlijk te verbeteren met behulp van bronnen die alleen zwaartekrachtgolven uitzenden. Bijvoorbeeld, met behulp van vier detectoren op verschillende plaatsen op aarde, met vijf zwaartekrachtsgolfgebeurtenissen ter vergelijking, de beperkingen zouden kunnen verbeteren tot binnen 1% van de lichtsnelheid. Maar ze konden nog steeds niet de nauwkeurigheid bereiken van experimenten die toegang hebben tot zowel zwaartekracht als licht.

Algemeen, het begrenzen van de lichtsnelheid heeft veel belangrijke implicaties voor de fundamentele fysica en kosmologie. Een van de grootste implicaties is dat de strakke grenzen een nauwkeurigere test van de algemene relativiteitstheorie bieden en voorgestelde alternatieven voor de algemene relativiteitstheorie uitsluiten.

"Veel alternatieve theorieën over zwaartekracht, waaronder enkele die zijn ingeroepen om de versnelde uitdijing van het heelal te verklaren, voorspellen dat de snelheid van de zwaartekracht anders is dan de snelheid van het licht, Cornish zei. "Verschillende van die theorieën zijn nu uitgesloten, waardoor de manieren waarop de theorie van Einstein verstandig kan worden gewijzigd, worden beperkt, en het maken van donkere energie een meer waarschijnlijke verklaring voor de versnelde expansie."

© 2017 Fys.org