Im August 2017 gelang den Astronomen ein weiterer großer Durchbruch, als das Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO) Gravitationswellen entdeckte, von denen angenommen wurde, dass sie durch die Fusion zweier Neutronensterne verursacht wurden. Seit dieser Zeit haben Wissenschaftler an mehreren Einrichtungen auf der ganzen Welt Follow-up-Beobachtungen durchgeführt, um die Folgen dieser Fusion zu bestimmen und sogar verschiedene kosmologische Theorien zu testen.
Zum Beispiel haben einige Wissenschaftler in der Vergangenheit vorgeschlagen, dass die Inkonsistenzen zwischen Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Natur des Universums über große Maßstäbe durch das Vorhandensein zusätzlicher Dimensionen erklärt werden könnten. Laut einer neuen Studie eines Teams amerikanischer Astrophysiker schließt das Kilonova-Ereignis des letzten Jahres diese Hypothese jedoch effektiv aus.
Ihre Studie wurde kürzlich in der veröffentlicht Zeitschrift für Kosmologie und Astroteilchenphysik,mit dem Titel „Grenzen der Anzahl der Raumzeitdimensionen ab GW170817“. Die Studie wurde von Kris Pardo geleitet, einem Doktoranden am Department of Astrophysical Sciences der Princeton University, an dem Mitglieder der University of Chicago, der Stanford University und des Center for Computational Astrophysics des Flatiron Institute teilnahmen.
Im Gegensatz zu früheren Ereignissen, die Gravitationswellen erzeugten, umfasste das Kilonova-Ereignis - bekannt als GW170817 - die Fusion zweier Neutronensterne (im Gegensatz zu Schwarzen Löchern), und die Folgen waren für Astronomen mit herkömmlichen Teleskopen sichtbar. Darüber hinaus war es das erste astronomische Ereignis, das sowohl in Gravitations- als auch in elektromagnetischen Wellen erfasst wurde - einschließlich sichtbarem Licht, Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und Radiowellen.
Wie Prof. Daniel Holz - Professor für Astronomie / Astrophysik und Physik an der Universität von Chicago und Mitautor der Studie - erklärte:
„Dies ist das erste Mal, dass wir Quellen sowohl in Gravitations- als auch in Lichtwellen gleichzeitig erfassen können. Dies ist eine völlig neue und aufregende Sonde, und wir haben alle möglichen interessanten Dinge über das Universum gelernt. "
Wie bereits erwähnt, haben Wissenschaftler lange nach Erklärungen für die Diskrepanz zwischen unserem modernen Verständnis der Schwerkraft (wie durch die Allgemeine Relativitätstheorie erklärt) und unseren Beobachtungen des Universums gesucht. Im Wesentlichen üben Galaxien und Galaxienhaufen einen größeren Gravitationseinfluss aus, als durch die Menge an sichtbarer Materie (d. H. Sterne, Staub und Gas) erklärt werden kann.
Bisher haben Wissenschaftler die Existenz dunkler Materie vorgeschlagen, um die scheinbare „fehlende Masse“ zu erklären, und dunkle Energie, um zu erklären, warum sich das Universum in einem konstanten (und beschleunigenden) Expansionszustand befindet. Eine andere Theorie besagt jedoch, dass die Schwerkraft über große Entfernungen in zusätzliche Dimensionen „leckt“, wodurch sie über große Entfernungen schwächer erscheint. Dies würde die offensichtliche Ungleichheit zwischen astronomischen Beobachtungen und der Allgemeinen Relativitätstheorie erklären.
Das Kilonova-Ereignis - und die Gravitationswellen und das Licht, die es erzeugte - boten dem Forscherteam eine Möglichkeit, diese Theorie zu testen. Wenn die Schwerkraft nach dem Zusammenschluss in andere Dimensionen gelangt wäre, wäre das von LIGO und anderen Gravitationswellendetektoren gemessene Signal schwächer als erwartet gewesen. Dies war jedoch nicht der Fall.
Daraus ermittelte das Team, dass das Universum selbst über Skalen mit Hunderten von Millionen Lichtjahren aus drei Dimensionen des Raums und einer der Zeit besteht, mit denen wir vertraut sind. Und laut dem Team ist dies nur der erste von vielen Tests, die Astronomen dank der jüngsten Explosion in der Gravitationswellenforschung durchführen können.
"Es gibt so viele Theorien, dass wir bisher keine konkreten Testmöglichkeiten hatten. Dies ändert, wie viele Menschen ihre Astronomie betreiben können “, sagte Fishbach. Mit zukünftigen Gravitationswellendetektionen können Wissenschaftler Wege finden, andere kosmologische Geheimnisse zu testen. "Wir freuen uns darauf zu sehen, welche Gravitationswellen das Universum für uns bereithält", fügte Holz hinzu.
