När forskare upptäckte en krusning i rymdtid, följt inom två sekunder av en associerad ljusutbrott som observerats av dussintals teleskop runt om i världen, de hade bevittnat, för första gången, den explosiva kollisionen och sammanslagningen av två neutronstjärnor.

Den intensiva kosmologiska händelsen som observerades den 17 augusti hade också andra efterklang här på jorden:Det utesluter en klass av mörka energiteorier som förändrar gravitationen, och utmanade en stor klass teorier.

Mörk energi, som driver universums accelererande expansion, är ett av de största mysterierna inom fysiken. Det utgör cirka 68 procent av den totala massan och energin i universum och fungerar som en slags antigravitet, men vi har ännu ingen bra förklaring till det. Enkelt uttryckt, mörk energi verkar för att driva materia ifrån varandra, medan tyngdkraften verkar för att dra ihop materia.

Neutronstjärnans sammanslagning skapade gravitationella vågor - en snedvridning i rymden och tidens struktur, som en kastad sten som skickar krusningar över en damm - som reste omkring 130 miljoner ljusår genom rymden, och anlände till jorden i nästan samma ögonblick som högenergiljuset som sprang ut från denna sammanslagning.

Tyngdkraftsvågornas signatur detekterades av ett nätverk av jordbaserade detektorer som heter LIGO och Virgo, och den första intensiva ljusutbrottet observerades av Fermi Gamma-ray rymdteleskop.

Att nästan samtidig ankomsttid är ett mycket viktigt test för teorier om mörk energi och gravitation.

"Våra resultat gör betydande framsteg för att belysa naturen hos mörk energi, "sade Miguel Zumalacárregui, en teoretisk fysiker som ingår i Berkeley Center for Cosmological Physics vid Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) och UC Berkeley.

"De enklaste teorierna har överlevt, "sa han." Det handlar verkligen om tidpunkten. "

Han och Jose María Ezquiaga, som var en besökande doktorand forskare vid Berkeley Center for Cosmological Physics, deltog i denna studie, som publicerades 18 december i tidningen Fysiska granskningsbrev .

En 100-årig "kosmologisk konstant" teori som introducerades av Albert Einstein i förhållande till hans arbete med allmän relativitet och några andra teorier härledda från denna modell förblir som livskraftiga utmanare eftersom de föreslår att mörk energi är en konstant i både rum och tid:Gravitationsvågor och ljusvågor påverkas på samma sätt av mörk energi, och därmed resa i samma takt genom rymden.

"Favoritförklaringen är denna kosmologiska konstant, "sa han." Det är så enkelt som det kommer att bli. "

Det finns några komplicerade och exotiska teorier som också håller upp till det test som presenteras av stjärnfusionsmätningarna. Massiv gravitation, till exempel - en teori om tyngdkraft som tilldelar en massa till en hypotetisk elementär partikel som kallas en graviton - har fortfarande ett flertal möjligheter om gravitationen har en mycket liten massa.

Några andra teorier, fastän, som hävdade att gravitationsvågornas ankomst skulle skiljas i tid från stjärnans sammanslagning av ljus med långt längre perioder - som sträcker sig upp till miljontals år - förklara inte vad som sågs, och måste ändras eller skrotas.

Studien konstaterar att en klass av teorier som kallas skalar-tensor-teorier särskilt utmanas av neutronstjärnans sammanslagningsobservationer, inklusive Einstein-Aether, MOND-liknande (relaterad till modifierad newtonsk dynamik), Galileon, och Horndeski -teorier, för att nämna några.

Med tweaks, några av de utmanade modellerna kan överleva det senaste testet genom stjärnfusionen, Zumalacárregui sa, även om de "tappar en del av sin enkelhet" i processen.

Zumalacárregui anslöt sig till det kosmologiska centret förra året och är en Marie Skodowska-Curie global forskare som specialiserat sig på studier av gravitation och mörk energi.

Han började studera om gravitationsvågor kunde ge ett användbart test av mörk energi efter tillkännagivandet i februari 2016 att de två uppsättningarna gravitationsvågdetektorer kallade LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) fångade den första bekräftade mätningen av gravitationella vågor. Forskare tror att dessa vågor skapades i sammanslagningen av två svarta hål för att skapa ett större svart hål.

Men den typen av händelser ger inte en associerad ljusutbrott. "Du behöver båda - inte bara gravitationsvågor för att testa teorier om gravitation och mörk energi, "Sa Zumalacárregui.

En annan studie, som han publicerade med Ezquiaga och andra i april 2017, undersökte de teoretiska förhållanden under vilka gravitationsvågor kunde färdas med en annan hastighet än ljus.

En annan betydelse för detta forskningsområde är att, genom att samla gravitationella vågor från dessa och möjligen andra kosmologiska händelser, det kan vara möjligt att använda deras karakteristiska signaturer som "standardsirener" för att mäta universums expansionshastighet.

Detta är analogt med hur forskare använder liknande ljussignaturer för objekt - inklusive en typ av exploderande stjärnor som kallas supernovaer av typ Ia och pulserande stjärnor som kallas cepheids - som "standardljus" för att mäta deras avstånd.

Kosmologer använder en kombination av sådana mätningar för att bygga en så kallad distansstege för att mäta hur långt bort ett visst objekt är från jorden, men det finns några olösta avvikelser som troligen beror på förekomsten av rymdstoft och brister i beräkningar.

Att samla in mer data från händelser som genererar både gravitationella vågor och ljus kan också hjälpa till att lösa olika mätningar av Hubble -konstanten - en populär mätare av universums expansionshastighet.

Hubblehastigheten kalibrerad med supernovaavståndsmätningar skiljer sig från Hubblehastigheten från andra kosmologiska observationer, Zumalacárregui noterade, så att hitta fler standardsirener som neutronstjärnfusioner kan möjligen förbättra avståndsmätningarna.

Fusionshändelsen i neutronstjärnan i augusti gav ett oväntat men mycket välkommet tillfälle, han sa.

"Gravitationsvågor är en mycket oberoende bekräftelse eller vederläggning av avståndsstegen mätningar, "sa han." Jag är verkligen upphetsad för de kommande åren. Åtminstone några av dessa icke -standardiserade mörka energimodeller kan förklara denna Hubble -hastighetsskillnad.

"Kanske har vi underskattat några händelser, eller något är inte redovisat för att vi måste revidera universums standardkosmologi, "tillade han." Om denna standard håller, vi kommer att behöva radikalt nya teoretiska idéer som är svåra att verifiera experimentellt, som flera universum - multiversen. Dock, om denna standard misslyckas, vi kommer att ha fler experimentella vägar för att testa dessa idéer. "

Nya instrument och himmelundersökningar kommer på nätet som också syftar till att förbättra vår förståelse av mörk energi, inklusive Berkeley Lab-ledda Dark Energy Spectroscopic Instrument-projektet som planeras att börja fungera 2019. Och forskare som studerar andra fenomen, såsom optiska illusioner i rymden som orsakas av gravitationell linser - en tyngdkraftsinducerad effekt som får ljus från avlägsna föremål att böja och förvränga runt närmare objekt - kommer också att vara användbart för att göra mer exakta mätningar.

"Det kan förändra hur vi tänker om vårt universum och vår plats i det, "Sa Zumalacárregui." Det kommer att kräva nya idéer. "