Ciemna energia: gwiazda neutronowa powie nam, czy to tylko iluzja
Naukowcy przedstawiają pierwszą symulację zderzeń gwiazd neutronowych w rozszerzeniach ogólnej teorii względności istotnych dla kosmologii, oferując nowe podejście do badania grawitacji.
Spis treści
- Ciemna energia – czy to tylko iluzja?
- Czy ciemna energia jest prawdziwa?
- Gwiazda neutronowa – testowanie teorii Einsteina
- Gwiazda neutronowa – pierwsza symulacja łączenia
- Ciemna grawitacja vs ciemna grawitacja
Ciemna energia – czy to tylko iluzja?
Ogromna ilość tajemniczej ciemnej energii jest niezbędna do wyjaśnienia zjawisk kosmologicznych, takich jak przyspieszona ekspansja Wszechświata, za pomocą teorii Einsteina. Ale co by było, gdyby ciemna energia była tylko iluzją, a ogólna teoria względności musiała zostać zmodyfikowana? Nowe badanie SISSA, opublikowane w Physical Review Letters, oferuje nowe podejście do odpowiedzi na to pytanie. Dzięki ogromnemu wysiłkowi obliczeniowemu i matematycznemu naukowcy stworzyli pierwszą w historii symulację łączenia się podwójnych gwiazd neutronowych w teoriach wykraczających poza ogólną teorię względności, które odtwarzają zachowanie podobne do ciemnej energii w skalach kosmologicznych. Pozwala to na porównanie teorii Einsteina i jej zmodyfikowanych wersji, a przy wystarczająco dokładnych danych może rozwiązać zagadkę ciemnej energii.
Od około 100 lat ogólna teoria względności bardzo dobrze opisuje grawitację w różnych układach, przechodząc pomyślnie wszystkie testy doświadczalne na Ziemi i w Układzie Słonecznym. Jednak aby wyjaśnić obserwacje kosmologiczne, takie jak obserwowane przyspieszone rozszerzanie się Wszechświata, musimy wprowadzić ciemne składniki, takie jak ciemna materia i ciemna energia, które wciąż pozostają tajemnicą.
Czy ciemna energia jest prawdziwa?
Enrico Barausse, astrofizyk z SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) i główny badacz w ramach grantu ERC GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) zastanawia się, czy ciemna energia jest prawdziwa, czy też może być interpretowana jako załamanie naszego rozumienia grawitacji. „Istnienie ciemnej energii może być tylko iluzją” – mówi – „przyspieszona ekspansja Wszechświata może być spowodowana jakimiś nieznanymi jeszcze modyfikacjami ogólnej teorii względności, czymś w rodzaju 'ciemnej grawitacji'”.
Gwiazda neutronowa – testowanie teorii Einsteina
Łączenie się gwiazd neutronowych stwarza wyjątkową sytuację do przetestowania tej hipotezy, ponieważ grawitacja wokół nich jest posunięta do ekstremum. „Gwiazda neutronowa to najgęstsza gwiazda, jaka istnieje, zwykle o promieniu zaledwie 10 kilometrów, ale o masie pomiędzy jedną a dwiema wartościami masy naszego Słońca” – wyjaśnia naukowiec. „To sprawia, że grawitacja i czasoprzestrzeń wokół nich są ekstremalne, co pozwala na obfitą produkcję fal grawitacyjnych podczas zderzenia dwóch takich gwiazd. Możemy wykorzystać dane uzyskane podczas takich zdarzeń do badania działania grawitacji i testowania teorii Einsteina w nowym oknie.„
Gwiazda neutronowa – pierwsza symulacja łączenia
W badaniu, opublikowanym w Physical Review Letters, naukowcy z SISSA we współpracy z fizykami z Universitat de les Illes Balears w Palma de Mallorca, stworzyli pierwszą symulację łączenia się podwójnych gwiazd neutronowych w teoriach zmodyfikowanej grawitacji istotnych dla kosmologii: „Tego typu symulacje są niezwykle trudne – wyjaśnia Miguel Bezares, pierwszy autor pracy – ze względu na wysoce nieliniowy charakter problemu. Wymaga to ogromnego wysiłku obliczeniowego – miesięcy pracy na superkomputerach – co było możliwe również dzięki porozumieniu między konsorcjum SISSA i CINECA oraz opracowanym przez nas nowym formułom matematycznym. Przez wiele lat, aż do naszej pierwszej symulacji, stanowiło to poważną przeszkodę„.
Ciemna grawitacja vs ciemna grawitacja
Dzięki tym symulacjom badacze są wreszcie w stanie porównać ogólną grawitację względną i zmodyfikowaną grawitację. „Zaskakująco stwierdziliśmy, że hipoteza 'ciemnej grawitacji’ równie dobrze jak ogólna grawitacja wyjaśnia dane uzyskane przez interferometry LIGO i Virgo podczas minionych zderzeń podwójnych gwiazd neutronowych. Różnice między tymi dwiema teoriami w tych układach są dość subtelne, ale mogą być wykrywalne przez interferometry grawitacyjne następnej generacji, takie jak teleskop Einsteina w Europie i Cosmic Explorer w USA. Otwiera to ekscytującą możliwość wykorzystania fal grawitacyjnych do rozróżnienia między ciemną energią a „ciemną grawitacją”” – podsumowuje Barausse.
Materiał: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati