Astrophysiker analysierten mögliche Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie anhand von Daten zur ersten aufgezeichneten Fusion von Neutronensternen. Insbesondere testeten sie die Hypothese der Existenz großer zusätzlicher Raumdimensionen, die die Schwerkraft schwächen können. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass es keine derartigen Messungen gibt. Der Preprint der Arbeit wird auf dem Server von arXiv.org veröffentlicht.
Die Schwerkraft unterscheidet sich erheblich von den anderen drei grundlegenden Wechselwirkungen: stark, schwach und elektromagnetisch. Es wird durch die allgemeine Relativitätstheorie beschrieben, und bisher war es Wissenschaftlern nicht möglich, die Schwerkraft in eine einheitliche Theorie mit anderen Kräften zu integrieren, die durch das Standardmodell vereint werden. Um diese Tatsachen zu erklären, haben theoretische Physiker viele verschiedene Hypothesen aufgestellt, darunter Modelle, in denen es große zusätzliche Raumdimensionen gibt. Das Epitheton "groß" bedeutet in diesem Fall, dass sie in der Superstringtheorie, deren Größe als extrem klein angesehen wird, nicht wie zusätzliche Dimensionen aussehen. Nach diesen Hypothesen "spürt" die Schwerkraft mehr Dimensionen, weshalb sie sich in unserem vierdimensionalen Raum als zu schwach herausstellt. Gleichzeitig durchdringen andere Wechselwirkungen keine zusätzlichen Dimensionen,aufgrund dessen gibt es weder Substanz noch Licht.
In der neuen Arbeit führten Mitarbeiter der Gravitationswellenantennen Virgo und LIGO Tests der allgemeinen Relativitätstheorie durch, einschließlich der Überprüfung, ob zusätzliche Dimensionen vorhanden sind, da ihre Anwesenheit Gravitationswellen beeinflussen und diese abschwächen sollte. Zu diesem Zweck verwendeten die Autoren die Daten des Ereignisses GW170817 - der ersten Fusion von Neutronensternen, die gleichzeitig von Licht- und Gravitationswellen aufgezeichnet wurde. Das Hauptkriterium in diesem Fall sollte das Missverhältnis zwischen der Abnahme der Amplitude elektromagnetischer Wellen und Gravitationswellen gewesen sein. Wissenschaftler haben so etwas nicht aufgezeichnet, was darauf hindeutet, dass die Schwerkraft nur in vier Dimensionen existiert.
"In den kommenden Beobachtungssitzungen zu den Virgo- und LIGO-Detektoren sollten neue Fusionen von Doppelneutronensternen aufgezeichnet werden", schreiben die Autoren in dem Artikel. "Zusammen mit elektromagnetischen Beobachtungen wird die Kombination von Informationen aus Ereignissen mit der Emission von Gravitationswellen, einschließlich Fusionen von Schwarzen Löchern, zu immer strengeren Einschränkungen bei Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie oder vermutlich zu möglichen Hinweisen auf ihre Mängel führen."
