Фізичні теорії оперують кількома фундаментальними константами, зокрема сталою G, яка кількісно визначає силу гравітаційної взаємодії між двома масивними об’єктами. У сукупності ці основні константи дають змогу фізикам описувати Всесвіт простими і легшими для розуміння способами.
Раніше деякі науковці ставили питанням, чи не змінювалося значення основних констант протягом космічного часу. Ба більше, деякі альтернативні теорії гравітації (тобто модифікація чи альтернатива загальній теорії відносності Айнштайна) передбачають, що стала G змінюється з часом.
Дослідники Міжнародного центру теоретичних наук Інституту фундаментальних досліджень Тата (International Centre for Theoretical Sciences of the Tata Institute for Fundamental Research) в Індії нещодавно запропонували метод, який можна використати для встановлення обмежень на зміну G протягом космічного часу. Цей метод, описаний в статті, опублікованій у Physical Review Letters, базується на спостереженнях за злиттям подвійних нейтронних зір.
«Кілька експериментів обмежили величину зміни G», — сказав Парамісваран Аджит (Parameswaran Ajith), один із науковців, що виконували дослідження. «Наша робота показує, що реєстрація гравітаційних хвиль від злиття нейтронних зір у подвійній системі цих об’єктів уможливлює новий метод вимірювання зміни G з часом. З сигналу гравітаційної хвилі, що виникає в результаті такого злиття, ми можемо виміряти комбінацію GM/c2, де M ― загальна маса подвійної системи і c — швидкість світла. Якщо у нас є незалежне вимірювання M і c, ми можемо визначити значення G».
Хоча швидкість світла відома, незалежного вимірювання маси подвійної зорі, що зливається, не існує. Однак відомо, що маса нейтронних зір має певні межі. Зокрема, фізики знають, якщо нейтронна зоря занадто масивна, вона колапсує (стиснеться до стану чорної діри ― Ред.) під власною силою тяжіння. З іншого боку, якщо вона занадто легка, то не зможе існувати як нейтронна зоря. Аджит та його колеги по суті запропонували використовувати ці відомі значення маси для обмеження діапазону значень, які G може мати під час злиття двох нейтронних зір.
«Початкова ідея мого співавтора Шасвата Кападії (Shasvath Kapadia) полягала в тому, щоб використовувати електромагнітне випромінювання від злиття для незалежної оцінки маси подвійної системи», — сказав Аджит. «Хоча це, у принципі, можливо, невизначеність таких вимірювань велика через складну фізику. В майбутньому, ймовірно, його вдасться робити».
Висновки, до яких дійшли Аджит та його колеги, вказують на реальність встановлення нових обмежень значення гравітаційної сталої (G) протягом космологічної епохи, яке не прозондувати жодними іншими спостереженнями. Насправді, раніше виконані спостереження зазвичай досліджують дуже ранній Всесвіт (тобто перші хвилини після Великого Вибуху) або найновішу «версію» Всесвіту (на відтинку часу від сьогодні до приблизно 100 мільйонів років тому).
Метод, розроблений цією групою дослідників, може допомогти краще зрозуміти, як гравітаційна стала G змінюється протягом космічного часу. Ба більше, його застосування до майбутніх спостережень гравітаційних хвиль потенційно може дати змогу фізикам досліджувати значення G протягом тривалої космологічної епохи, яка охоплює 10 мільярдів років.
«Обсерваторії гравітаційних хвиль, такі як LIGO і Virgo, покращують свою чутливість. Нові детектори будують в Японії та Індії», — сказав Аджит. «У наступне десятиліття ми будемо реєструвати гравітаційні хвилі від сотень подвійних нейтронних зір. А покоління детекторів, які нині планують до побудови у майбутньому, виявить їх мільйони, і кожне спостереження обмежить значення G з іншої космологічної епохи. Таким чином, ми отримаємо можливість створити “мапу” зміни G протягом тривалої космологічної епохи, яка охоплює 10 мільярдів років!».
За інф. з сайту https://phys.org
