Studiet sætter nye begrænsninger på tidsvariationen af ​​gravitationskonstanten G

Tidligere fysikteorier introducerede flere fundamentale konstanter, inklusive Newtons konstant G, som kvantificerer styrken af ​​gravitationsinteraktionen mellem to massive objekter. Kombineret, disse fundamentale konstanter gør det muligt for fysikere at beskrive universet på måder, der er ligetil og lettere at forstå.

I fortiden, nogle forskere spekulerede på, om værdien af ​​fundamentale konstanter ændrede sig over kosmisk tid. I øvrigt, nogle alternative teorier om tyngdekraften (dvs. tilpasninger eller erstatninger af Einsteins generelle relativitetsteori), forudsige, at konstanten G varierer i tid.

Forskere ved International Center for Theoretical Sciences ved Tata Institute for Fundamental Research i Indien foreslog for nylig en metode, der kan bruges til at lægge begrænsninger på variationen af ​​G over kosmisk tid. Denne metode, beskrevet i et papir udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve , er baseret på observationer af fusionerende binære neutronstjerner.

"Flere eksperimenter har begrænset mængden af ​​variation af G, " Parameswaran Ajith, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Vores arbejde viser, at gravitationsbølgeobservationer af binære neutronstjerner giver en ny metode til at måle tidsvariationen af ​​G. Fra gravitationsbølgesignalet, der stammer fra en binær neutronstjernefusion, vi kan måle kombinationen GM /c ² , hvor M er den samlede masse af binæren og c er lysets hastighed. Hvis vi har en uafhængig måling af M og c, vi kan bestemme værdien af ​​G."

Mens lysets hastighed er kendt, der er ingen uafhængig måling af en binær stjernefusions masse. Hvad er kendt, imidlertid, er, at neutronstjerner har specifikke massegrænser.

Specifikt, fysikere ved, at hvis en neutronstjerne er for massiv, det vil kollapse under sin egen tyngdekraft. På den anden side, hvis det er for let, det vil ikke være i stand til at holde på sit materiale. Ajith og hans kolleger foreslog i det væsentlige at bruge disse kendte massegrænser til at begrænse rækken af ​​værdier, som G kan have under en binær stjernefusion.

"Den oprindelige idé fra min samarbejdspartner Shasvath Kapadia var at bruge den elektromagnetiske emission fra fusionen til uafhængigt at estimere massen af ​​det binære, " sagde Ajith. "Mens dette er, i princippet, muligt, usikkerheden i denne måling er store på grund af den komplekse fysik, der er involveret. I fremtiden, en sådan måling kan også være mulig."

Resultaterne indsamlet af Ajith og hans kolleger introducerer nye begrænsninger for gravitationskonstanten (G) over en kosmologisk epoke, der ikke er undersøgt af andre observationer. Faktisk, tidligere observationer undersøger generelt det meget tidlige univers (dvs. minutter efter Big Bang) eller den nyeste version af universet (dvs. op til omkring 100 millioner år siden).

Metoden udviklet af dette hold af forskere kunne hjælpe til bedre at forstå, i hvilket omfang gravitationskonstanten G varierer over kosmisk tid. I øvrigt, når det anvendes til fremtidige gravitationsbølgeobservationer, det kunne potentielt give fysikere mulighed for at undersøge værdien af ​​G for en udvidet kosmologisk epoke, spænder over 10 milliarder år.

"Gravitationsbølgeobservatorier som LIGO og Jomfruen fortsætter med at forbedre deres følsomhed. Nye detektorer bliver bygget i Japan og Indien, " sagde Ajith. "I det næste årti, vi vil opdage gravitationsbølger fra hundredvis af binære neutronstjerner. Den næste planlagte generation af detektorer vil opdage millioner af dem, og hver observation vil begrænse værdien af ​​G fra en anden kosmologisk epoke. På denne måde vi burde være i stand til at skabe et 'kort' over variationen af ​​G over en udvidet kosmologisk epoke, der strækker sig over 10 milliarder år!"

© 2021 Science X Network