Dodano: 17 wrzesień 2018r.

Co mówią fale grawitacyjne o dodatkowych wymiarach?

Astronomowie z University of Chicago nie znaleźli żadnych dowodów na dodatkowe wymiary przestrzenne we Wszechświecie. Naukowcy oparli swoje badania o dane pozyskane z detekcji fal grawitacyjnych.

 

Ubiegłoroczna detekcja fal grawitacyjnych ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych była przełomem, ale nie dodała ona dodatkowych wymiarów dla naszego zrozumienia Wszechświata, przynajmniej nie dosłownie. Nowe badania przeprowadzone przez astronomów z University of Chicago nie wykazały żadnych dodatkowych wymiarów przestrzennych.

Teoria względności Alberta Einsteina dobrze wyjaśnia funkcjonowanie Układu Słonecznego, ale kiedy naukowcy dowiedzieli się więcej o Wszechświecie, zaczęły się pojawiać wielkie dziury w naszym jego zrozumieniu. Dwie z nich to ciemna materia, jeden z podstawowych składników wszechświata oraz ciemna energia, tajemnicza siła, która sprawia, że ​​Wszechświat rozszerza się z biegiem czasu.

 

By uzupełnić pojawiające się luki zaproponowano szereg koncepcji wyjaśniających ciemną materię oraz ciemną energię. - Wiele alternatywnych teorii do ogólnej teorii względności zaczyna się od dodania dodatkowego wymiaru – powiedziała Maya Fishbach, współautorka publikacji, która ukazała się na łamach „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”.

Jedna z proponowanych koncepcji głosi, że na dużych odległościach grawitacja "przecieka" do dodatkowych wymiarów. Powoduje to, że grawitacja wydaje się być słabsza i może wyjaśniać niespójności. Ubiegłoroczna detekcja fal grawitacyjnych pochodzących ze zderzania się gwiazd neutronowych pozwoliła astronomom zbadać tą koncepcję.

Fale grawitacyjne zarejestrowano w LIGO 17 sierpnia 2017 roku, a następnie wykryto promienie gamma, promienie X, fale radiowe oraz światło optyczne i podczerwone. Jeśli grawitacja „przeciekałaby” do innych wymiarów po drodze, wtedy sygnał, który mierzyli w detektorach fal grawitacyjnych byłby słabszy niż się spodziewano. Ale tak nie było.

Jak na razie wszystko zostaje po staremu. Wszechświat ma te same znane nam wymiary – trzy przestrzenne i jeden czasowy – nawet w skalach 100 milionów lat świetlnych. Ale to dopiero początek, jak twierdzą naukowcy. - Istnieje tak wiele teorii, że do tej pory nie mieliśmy konkretnych sposobów na sprawdzenie ich wszystkich - powiedziała Fishbach.

Fale grawitacyjne zostały pierwszy raz zarejestrowane we wrześniu 2015 roku, choć o odkryciu poinformowano dopiero w lutym 2016 roku, ze względu na czas potrzebny do analizy danych i upewnienia się, że to faktycznie fale grawitacyjne. Od tamtej pory potwierdzono także kilka innych detekcji „zmarszczek czasoprzestrzeni”, wszystkie pochodzące z połączenia się czarnych dziur oraz jedną pochodzącą ze zderzenia gwiazd neutronowych. Więcej na ten temat można znaleźć w tekście: Fale grawitacyjne ze zderzenia gwiazd neutronowych. Pierwsza taka detekcja w historii

Sygnały fal grawitacyjnych zostały dostrzeżone dzięki amerykańskim instrumentom LIGO oraz włoskim Virgo. Każde z tych obserwatoriów składa się z dwóch długich tuneli rozmieszczonych w kształcie litery L, na złączeniu których wiązka lasera jest rozdzielana na dwie części. Światło jest wysyłane wzdłuż każdego z tuneli, a następnie odbite z powrotem przez lustro na końcu tunelu. Jeśli przed detektor nie przechodzi fala grawitacyjna, światło lasera przebywa w każdym z ramion przez określony czas i wraca do centrum instrumentu z niezmienioną fazą. Jeśli jednak fala grawitacyjna przechodzi przez detektor, zmienia ona długości ramion (czas przebywania w nich światła laserowego), powodując zmianę ich fazy i w konsekwencji sygnału wyjściowego.

 

Źródło: University of Chicago, fot. NASA’s Goddard Space Flight Center CI Lab