Nell'agosto del 2017, gli astronomi hanno fatto un altro importante passo avanti quando il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ha rilevato onde gravitazionali che si credeva fossero causate dalla fusione di due stelle di neutroni. Da quel momento, gli scienziati di diverse strutture in tutto il mondo hanno condotto osservazioni di follow-up per determinare le conseguenze di questa fusione, così come per testare varie teorie cosmologiche.
Ad esempio, in passato alcuni scienziati hanno suggerito che le incongruenze tra la teoria della relatività generale di Einstein e la natura dell'Universo su larga scala potrebbero essere spiegate dalla presenza di dimensioni extra. Tuttavia, secondo un nuovo studio condotto da un team di astrofisici americani, l'evento kilonova dell'anno scorso ha effettivamente escluso questa ipotesi.
Il loro studio è stato recentemente pubblicato nel Journal of Cosmology and Astroparticle Physics,intitolato "Limiti del numero di dimensioni dello spaziotempo da GW170817". Lo studio è stato condotto da Kris Pardo, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze Astrofisiche dell'Università di Princeton, e ha incluso membri dell'Università di Chicago, della Stanford University e del Center for Computational Astrophysics del Flatiron Institute.
A differenza degli eventi precedenti che hanno prodotto onde gravitazionali, l'evento chilonova - noto come GW170817 - prevedeva la fusione di due stelle di neutroni (al contrario dei buchi neri) e le conseguenze erano visibili agli astronomi usando i telescopi convenzionali. Inoltre, è stato il primo evento astronomico ad essere rilevato in entrambe le onde gravitazionali ed elettromagnetiche, tra cui luce visibile, raggi gamma, raggi X e onde radio.
Come ha spiegato il prof. Daniel Holz, professore di astronomia / astrofisica e fisica all'Università di Chicago, e coautore dello studio:
"Questa è la prima volta in cui siamo stati in grado di rilevare fonti contemporaneamente sia in onde gravitazionali che in onde luminose. Questo fornisce una sonda completamente nuova ed eccitante e abbiamo imparato ogni sorta di cose interessanti sull'universo ".
Come notato, gli scienziati hanno a lungo cercato spiegazioni per la discrepanza tra la nostra moderna comprensione della gravità (come spiegato dalla relatività generale) e le nostre osservazioni sull'Universo. Fondamentalmente, le galassie e gli ammassi di galassie esercitano un'influenza gravitazionale maggiore di quella che può essere spiegata dalla quantità di materia visibile che hanno (cioè stelle, polvere e gas).
Finora, gli scienziati hanno suggerito l'esistenza della materia oscura per spiegare l'apparente "massa mancante" e l'energia oscura per spiegare perché l'Universo è in uno stato di espansione costante (e in accelerazione). Ma un'altra teoria è che su lunghe distanze, la gravità "perde" in dimensioni aggiuntive, facendolo apparire più debole su grandi scale. Ciò spiegherebbe l'apparente disparità tra osservazioni astronomiche e relatività generale.
L'evento kilonova - e le onde gravitazionali e la luce che ha prodotto - hanno offerto al team di ricerca un modo per testare questa teoria. Fondamentalmente, se la gravità fosse trapelata in altre dimensioni dopo la fusione, il segnale misurato da LIGO e altri rivelatori di onde gravitazionali sarebbe stato più debole del previsto. Tuttavia, non lo era.
Da questo, il team ha determinato che anche su scale che coinvolgono centinaia di milioni di anni luce, l'Universo è costituito da tre dimensioni dello spazio e una delle volte che conosciamo. E secondo il team, questo è solo il primo di molti test che gli astronomi saranno in grado di effettuare grazie alla recente esplosione nella ricerca sulle onde gravitazionali.
"Ci sono così tante teorie che fino ad ora non avevamo modi concreti per testare. Questo cambia il modo in cui molte persone possono fare la loro astronomia ”, ha detto Fishbach. Con i futuri rilevamenti delle onde gravitazionali, gli scienziati potrebbero trovare il modo di testare altri misteri cosmologici. "Non vediamo l'ora di vedere quali sorprese sulle onde gravitazionali l'universo potrebbe avere in serbo per noi", ha aggiunto Holz.
