Ślady dodatkowych wymiarów w falach grawitacyjnych?

Łączące się czarne dziury emitują fale grawitacyjne. Źródło: SXS

Badacze z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej Maxa Plancka (Instytutu Alberta Einsteina/AEI) w Poczdamie odkryli, że ukryte wymiary – przewidywane w ramach teorii strun – mogą mieć wpływ na fale grawitacyjne. W niedawno opublikowanym artykule przeanalizowali wpływ dodatkowych wymiarów na zmarszczki czasoprzestrzeni i podjęli próbę przewidzenia czy ten wpływ dałoby się wykryć.

Pierwsze w historii wykrycie fal grawitacyjnych wyemitowanych w procesie łączenia dwóch czarnych dziur we wrześniu 2015 roku otworzyło nam nowe okno na Wszechświat. Teraz wygląda na to, że dzięki obserwatorium LIGO umożliwi fizykom nie tylko poszukiwanie czarnych dziur i innych egzotycznych obiektów astrofizycznych lecz także zrozumienie leżącej u ich podstaw grawitacji.

W porównaniu do innych fundamentalnych sił takich jak elektromagnetyzm, grawitacja jest ekstremalnie słaba – tłumaczy dr David Andriot, jeden z autorów wspomnianego artykułu. Powodem tej słabości może być fakt oddziaływania grawitacji z więcej niż trzema wymiarami przestrzennymi i jednym czasowym, które są dla nas chlebem powszednim.

Dodatkowe wymiary

Dodatkowe wymiary, ukryte przed nami ze względu na swoje niewielkie rozmiary, stanowią nieodłączny element teorii strun – jednej z obiecujących kandydatem na teorię kwantowej grawitacji.

Teoria grawitacji kwantowej unifikująca mechanikę kwantową z ogólną teorią względności, poszukiwana jest przez wielu naukowców, bowiem pozwoliłaby nam zrozumieć co się dzieje w pobliżu bardzo dużych mas oddalonych od siebie o bardzo małe odległości, np. we wnętrzach czarnych dziur czy podczas Wielkiego Wybuchu.

Fizycy poszukują dodatkowych wymiarów za pomocą Wielkiego Zderzacza Hadronów w CERN, jednak jak dotąd poszukiwania nie przyniosły żadnych efektów – mówi dr Gustavo Lucena Gomez, drugi autor artykułu. Jednak detektory fal grawitacyjnych mogą dostarczyć nam dowodów eksperymentalnych.

Badacze odkryli, że dodatkowe wymiary powinny mieć dwojaki wpływ na fale grawitacyjne: mogłyby zmodyfikować „standardowe” fale grawitacyjne i spowodowałyby powstanie dodatkowych fal na wysokich częstotliwościach powyżej 1000 Hz. Niemniej jednak ich obserwacje są mało prawdopodobne ponieważ istniejące naziemne detektory fal grawitacyjnych nie są wystarczająco czułe na wysokie częstotliwości.

Z drugiej strony, wpływ dodatkowych wymiarów może sprawić, że sposób w jaki „standardowe” fale grawitacyjne rozciągające i kurczące czasoprzestrzeń może być łatwiejszy do określenia za pomocą więcej niż jednego detektora. Zważając na fakt, że detektor Virgo dołączy do dwóch detektorów LIGO w kolejnej rundzie obserwacyjnej, może się to udać na przełomie 2018/2019 roku.

Źródło: MPS

Artykuł naukowy: DOI, Arxiv