(Phys.org) – Senare upptäckter av gravitationsvågor har gjort det möjligt för fysiker att med större och större precision bekräfta vad Einstein förutspådde för över 100 år sedan i teorin om allmän relativitet:att gravitationen inte verkar omedelbart som Newton trodde, utan fortplantar sig istället med ljusets hastighet.

"Gravitationshastigheten, som ljusets hastighet, är en av de grundläggande konstanterna i universum, "Neil Cornish, en fysiker vid Montana State University, berättade Phys.org . "Fram till tillkomsten av gravitationsvågastronomin, vi hade inget sätt att direkt mäta gravitationshastigheten."

Under de senaste månaderna, fysiker har gjort mycket snabba framsteg när det gäller att begränsa gravitationshastigheten med hjälp av gravitationsvågobservationer.

Initialt, de första LIGO-detekteringarna av gravitationsvågor begränsade gravitationshastigheten till inom 50 % av ljusets hastighet.

I en tidning som publicerades förra veckan i Fysiska granskningsbrev , Cornish och hans medförfattare Diego Blas vid CERN och Germano Nardini vid universitetet i Bern har kombinerat de tre första gravitationsvåghändelserna som rapporterats av LIGO- och Jungfrusamarbetena, så att de kan förbättra de ursprungliga gränserna till inom ungefär 45 % av ljusets hastighet.

Bara två dagar senare (och efter att fysikerna som nämns ovan skrev sitt papper), en annan tidning publicerades i The Astrophysical Journal Letters av samarbetena LIGO och Jungfrun, vars författare är knutna till nästan 200 institutioner runt om i världen. Genom att använda data från gravitationsvågorna som emitteras av en binär neutronstjärnefusion som upptäcktes i augusti, de kunde begränsa skillnaden mellan gravitationshastigheten och ljusets hastighet till mellan -3 x 10 ^-15 och 7 x 10 ^-16 gånger ljusets hastighet.

Anledningen till det enorma språnget i precision är att neutronstjärnehändelsen inte bara utsände gravitationsvågor, men även elektromagnetisk strålning i form av gammastrålar. Den samtidiga emissionen av både gravitationsvågor och ljus från samma källa gjorde det möjligt för forskarna att sätta gränser för gravitationshastigheten som är många storleksordningar strängare än vad som kunde ställas in med enbart gravitationsvågssignaler.

Beroende på om en astrofysisk källa avger både gravitationsvågor och ljus eller bara den förra, forskare tar olika tillvägagångssätt för att begränsa gravitationshastigheten. När en källa avger både gravitationsvågor och ljus, forskare kan mäta skillnaden (om någon) i ankomsttiderna för de två olika typerna av signaler vid en enda detektor. I den AJL papper, forskarna mätte en ankomstfördröjning på bara några sekunder mellan signaler som reste en sträcka på mer än hundra miljoner ljusår. En sådan liten fördröjning över detta avstånd anses praktiskt taget ingenting.

Å andra sidan, när en källa endast avger gravitationsvågor, forskare måste upptäcka samma signal i flera jordbaserade detektorer och mäta den (mycket liten) skillnaden i ankomsttider. Forskarna i PRL papper gjorde detta genom att jämföra signaler som upptäckts av två LIGO-detektorer placerade 1800 miles från varandra:en i Hanford, Washington, och den andra i Livingston, Louisiana.

Som fysikerna förklarar, det är möjligt att avsevärt förbättra gränserna för gravitationshastigheten med hjälp av källor som bara avger gravitationsvågor. Till exempel, med fyra detektorer placerade på olika platser på jorden, med fem gravitationsvåghändelser för jämförelse, begränsningarna kan förbättras till inom 1 % av ljusets hastighet. Men de kunde fortfarande inte nå precisionsgraden av experiment som har tillgång till både gravitation och ljus.

Övergripande, Att begränsa ljusets hastighet har många betydande implikationer för grundläggande fysik och kosmologi. En av de största konsekvenserna är att de snäva gränserna ger ett mer exakt test av allmän relativitet och utesluter föreslagna alternativ till allmän relativitet.

"Många alternativa teorier om gravitation, inklusive några som har åberopats för att förklara den accelererade expansionen av universum, förutsäga att gravitationshastigheten skiljer sig från ljusets hastighet, ", sa Cornish. "Flera av dessa teorier har nu uteslutits, därigenom begränsar sätten på vilka Einsteins teori förnuftigt kan modifieras, och göra mörk energi till en mer trolig förklaring till den accelererade expansionen."

© 2017 Phys.org