Tidigare fysikteorier introducerade flera grundläggande konstanter, inklusive Newtons konstant G, som kvantifierar styrkan i gravitationsinteraktionen mellan två massiva föremål. Kombinerad, dessa grundläggande konstanter gör det möjligt för fysiker att beskriva universum på sätt som är enkla och lättare att förstå.

Förr, några forskare undrade om värdet av fundamentala konstanter förändrades över kosmisk tid. Dessutom, några alternativa teorier om gravitation (dvs. anpassningar eller ersättningar av Einsteins allmänna relativitetsteori), förutsäga att konstanten G varierar i tiden.

Forskare vid International Centre for Theoretical Sciences vid Tata Institute for Fundamental Research i Indien föreslog nyligen en metod som kan användas för att sätta begränsningar på variationen av G över kosmisk tid. Den här metoden, beskrivs i en tidning publicerad i Fysiska granskningsbrev , baseras på observationer av sammanslagna binära neutronstjärnor.

"Flera experiment har begränsat mängden variation av G, " Parameswaran Ajith, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Vårt arbete visar att gravitationsvågsobservationer av neutronstjärnans binärer ger en ny metod för att mäta tidsvariationen av G. Från gravitationsvågssignalen som härrör från en binär neutronstjärnes sammanslagning, vi kan mäta kombinationen GM /c ² , där M är den totala massan av binären och c är ljusets hastighet. Om vi ​​har ett oberoende mått på M och c, vi kan bestämma värdet på G."

Medan ljusets hastighet är känd, det finns ingen oberoende mätning av en binär stjärnsammanslagnings massa. Vad är känt, dock, är att neutronstjärnor har specifika massgränser.

Specifikt, fysiker vet att om en neutronstjärna är för massiv, den kommer att kollapsa under sin egen gravitation. Å andra sidan, om det är för lätt, den kommer inte att kunna hålla fast vid sitt material. Ajith och hans kollegor föreslog i huvudsak att använda dessa kända massgränser för att begränsa intervallet av värden som G kan ha under en sammanslagning av binärstjärnor.

"Min samarbetspartner Shasvath Kapadias ursprungliga idé var att använda den elektromagnetiska emissionen från sammanslagningen för att självständigt uppskatta massan av binären, "Ajith sa. "Medan detta är, i princip, möjlig, osäkerheterna i denna mätning är stora på grund av den komplexa fysiken som är involverad. I framtiden, en sådan mätning kan också vara möjlig."

Fynden som samlats in av Ajith och hans kollegor introducerar nya begränsningar för gravitationskonstanten (G) över en kosmologisk epok som inte undersöks av några andra observationer. Faktiskt, tidigare observationer undersöker i allmänhet det mycket tidiga universum (d.v.s. minuter efter Big Bang) eller den senaste versionen av universum (d.v.s. upp till cirka 100 miljoner år sedan).

Metoden som utvecklats av detta team av forskare kan hjälpa till att bättre förstå i vilken utsträckning gravitationskonstanten G varierar över kosmisk tid. Dessutom, när den tillämpas på framtida gravitationsvågobservationer, det skulle potentiellt kunna tillåta fysiker att undersöka värdet av G för en utvidgad kosmologisk epok, spänner över 10 miljarder år.

"Gravitationsvågsobservatorier som LIGO och Jungfrun fortsätter att förbättra sin känslighet. Nya detektorer byggs i Japan och Indien, " sa Ajith. "Under det kommande decenniet, vi kommer att upptäcka gravitationsvågor från hundratals binära neutronstjärnor. Nästa planerade generation av detektorer kommer att upptäcka miljontals av dem, och varje observation kommer att begränsa värdet av G från en annan kosmologisk epok. På det här sättet, vi borde kunna skapa en "karta" över variationen av G under en utsträckt kosmologisk epok som sträcker sig över 10 miljarder år!"

© 2021 Science X Network