In augustus 2017 maakten astronomen opnieuw een grote doorbraak toen het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) gravitatiegolven detecteerde waarvan werd aangenomen dat ze werden veroorzaakt door de fusie van twee neutronensterren. Sinds die tijd hebben wetenschappers van meerdere faciliteiten over de hele wereld vervolgwaarnemingen uitgevoerd om de nasleep van deze fusie te bepalen, en zelfs om verschillende kosmologische theorieën te testen.
In het verleden hebben sommige wetenschappers bijvoorbeeld gesuggereerd dat de inconsistenties tussen Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie en de aard van het heelal op grote schaal kunnen worden verklaard door de aanwezigheid van extra dimensies. Volgens een nieuwe studie door een team van Amerikaanse astrofysici sluit de kilonova-gebeurtenis van vorig jaar deze hypothese echter effectief uit.
Hun studie is onlangs gepubliceerd in de Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,getiteld "Beperkingen op het aantal ruimtetijdafmetingen vanaf GW170817". De studie werd geleid door Kris Pardo, een afgestudeerde student van de afdeling Astrophysical Sciences aan de Princeton University, en omvatte leden van de University of Chicago, Stanford University en het Flatiron Institute's Centre for Computational Astrophysics.
In tegenstelling tot eerdere gebeurtenissen die zwaartekrachtgolven veroorzaakten, betrof de kilonova-gebeurtenis - bekend als GW170817 - de samensmelting van twee neutronensterren (in tegenstelling tot zwarte gaten) en de nasleep was zichtbaar voor astronomen met behulp van conventionele telescopen. Bovendien was het de eerste astronomische gebeurtenis die werd gedetecteerd in zowel zwaartekracht- als elektromagnetische golven - inclusief zichtbaar licht, gammastraling, röntgenstralen en radiogolven.
Zoals Prof. Daniel Holz - een professor in astronomie / astrofysica en natuurkunde aan de Universiteit van Chicago, en co-auteur van de studie - uitlegde:
"Dit is de allereerste keer dat we bronnen tegelijk kunnen detecteren in zowel zwaartekracht- als lichtgolven. Dit levert een geheel nieuwe en opwindende sonde op en we hebben allerlei interessante dingen over het universum geleerd. "
Zoals opgemerkt, hebben wetenschappers lang gezocht naar verklaringen voor de discrepantie tussen ons moderne begrip van zwaartekracht (zoals uitgelegd door Algemene Relativiteit) en onze waarnemingen van het heelal. In wezen oefenen sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels een grotere zwaartekrachtsinvloed uit dan kan worden verklaard door de hoeveelheid zichtbare materie die ze hebben (d.w.z. sterren, stof en gas).
Tot dusver hebben wetenschappers het bestaan van donkere materie gesuggereerd om de schijnbare 'ontbrekende massa' te verklaren, en donkere energie om uit te leggen waarom het universum zich in een constante (en versnellende) staat van expansie bevindt. Maar een andere theorie is dat de zwaartekracht over lange afstanden "lekt" naar extra dimensies, waardoor het zwakker lijkt over grote schalen. Dit zou het schijnbare verschil tussen astronomische waarnemingen en algemene relativiteit verklaren.
Het kilonova-evenement - en de zwaartekrachtsgolven en het licht dat het veroorzaakte - bood het onderzoeksteam een manier om deze theorie te testen. Als de zwaartekracht na de fusie in andere dimensies zou lekken, zou het signaal dat door LIGO en andere zwaartekrachtgolfdetectoren werd gemeten, in feite zwakker zijn dan verwacht. Maar dat was het niet.
Hieruit heeft het team vastgesteld dat het heelal zelfs op een schaal van honderden miljoenen lichtjaar bestaat uit drie dimensies van de ruimte en een tijd die we kennen. En volgens het team is dit slechts de eerste van de vele tests die astronomen zullen kunnen uitvoeren dankzij de recente explosie in gravitatiegolvenonderzoek.
"Er zijn zoveel theorieën dat we tot nu toe geen concrete manieren hadden om te testen. Dit verandert de manier waarop veel mensen hun astronomie kunnen doen, 'zei Fishbach. Met toekomstige gravitatiegolfdetecties kunnen wetenschappers manieren vinden om andere kosmologische mysteries te testen. "We kijken er naar uit om te zien welke zwaartekrachtgolven verrassingen het universum voor ons in petto heeft," voegde Holz eraan toe.
