Благодаря последнему обнаружению гравитационных волн физики добились большого прогресса в определении скорости гравитации.
Последнее обнаружение гравитационных волн, порожденных при слиянии нейтронных звезд, позволило ученым с большей точностью определить границы скорости гравитации и приблизиться к подтверждению предсказания Альберта Эйнштейна: гравитация не действует мгновенно (как предполагал Исаак Ньютон), а распространяется со скоростью света.
«Скорость гравитации, подобно скорости света, является одной из фундаментальных констант во Вселенной. До появления гравитационно-волновой астрономии у нас не было возможности измерить ее напрямую», – рассказывает Нил Корниш, физик из Университета штата Монтана (США).
Благодаря статье, представленной в The Astrophysical Journal Letters (авторами которой выступило около 200 ученых, связанных с LIGO и Virgo), ограничение на разницу скоростей гравитации и света получило беспрецедентную точность.
Используя данные последнего обнаружения гравитационных волн, порожденных при столкновении двух нейтронных звезд, ученые определили, что разница между скоростью гравитации и скоростью света лежит в диапазоне от -8,99 × 10^-7 до +2,1 × 10^-7 метров в секунду.
Причина огромного скачка в точности заключается в том, что при столкновении нейтронных звезд удалось зафиксировать не только гравитационные волны, но и электромагнитное излучение в виде гамма-лучей. Это позволило ученым установить на много порядков более строгие рамки для скорости гравитации, чем было возможно ранее.
При вычислении скорости гравитации ученые применяют разные методы в зависимости от того, испускает ли астрофизический источник и гравитационные волны и свет, или же только гравитационные волны.
В первом случае физики могут измерить разницу во времени прихода двух разных типов сигналов. При слиянии нейтронных звезд разница составила всего пару секунд, а учитывая, что сигналы прошли расстояние более ста миллионов световых лет, она практически не рассматривается.
Во втором случае, когда источник порождает только гравитационные волны (столкновение черных дыр), ученые должны измерять временную задержку между обнаружением одного и того же сигнала на нескольких детекторах на Земле.
Расчеты показывают, что можно было значительно уточнить границы скорости гравитации с использованием источников, испускающих только гравитационные волны. Например, используя четыре детектора, расположенных в разных местах на Земле, можно добиться точности в 1% от скорости света. Но в любом случае, это не идет ни в какое сравнение с точностью экспериментов, имеющих доступ как к гравитационным волнам, так и к свету.
В целом, ограничение скорости гравитации имеет много существенных последствий для фундаментальной физики и космологии. Важнейшее из них заключается в том, что жесткие рамки склоняют чащу весов на сторону Общей теории относительности и исключают альтернативную физику.
«Многие альтернативные теории гравитации, в том числе и те, что применяются для объяснения ускоренного расширения Вселенной, предсказывают значительное отличие между скоростью гравитации и скоростью света. Большинство из них теперь исключены, тем самым ограничивая способы разумной модификации теории Эйнштейна и делая темную энергию более вероятным объяснением ускоренного расширения Вселенной», – заключил Нил Корниш.