Credit: NASA/ESA/Ligo/Virgo
De waarneming van zwaartekrachtgolf GW170817 door LIGO en de daaropvolgende waarneming van de elektromagnetische straling van de bron ervan – twee botsende en samensmeltende neutronensterren in NGC 4993 – heeft het einde betekent van enkele theorieën van gemodificeerde zwaartekracht. Op 17 augustus 2017 werd om 14:39:45 UTC door de twee LIGO detectoren in Hanford en Livingston een signaal gedetecteerd, dat maar liefst 100 seconden duurde en dat om 14:41:04 uur een maximum bereikt. Precies 1,7 seconden na dat maximum, om 14:41:06 uur om precies te zijn, werd door twee satellieten een uitbarsting van gammastraling waargenomen, door NASA’s Fermi Space Telescope (bij 50-300 keV – duur 256 ms) en tegelijk door de ESA INTEGRAL space telescope (bij 100-1000 keV – duur 100 ms). Later volgden waarnemingen van neutrino’s van GW170817 (eigenlijk van sGRB 170817A, de bijbehorende gammaflits) door IceCube op de Zuidpool (zes neutrino’s om 16:05:11) en Antares in de Middellandse Zee, en van straling in andere delen van het elektromagnetische spectrum door een hele batterij aan instrumenten, o.a. Hubble en Chandra. Met name het korte tijdsverschil tussen de aankomst van de zwaartekrachtgolven en de hoogenergetische gammastraling, die na een reis van 130 miljoen jaar binnen twee seconden bij de aarde arriveerden, heeft heel wat natuurkundigen afgelopen week bezig gehouden. In een aantal verschenen vakartikelen (zie het rijtje hieronder) wordt aangegeven dat deze waarneming ernstige consequenties heeft voor sommige theorieën die uitgaan van een andere zwaartekracht dan geformuleerd in de wetten van Newton en Einstein, de theorieën van de gemodificeerde zwaartekracht (‘modified gravity’) – theorieën die er van uit gaan dat donkere materie niet bestaat.
Sommige van die theorieën, zoals Bekenstein’s TeVeS, Milgrom’s MOND en Moffat’s Scalar-Vector-Tensor theorie, gaan er namelijk van uit dat de zwaartekracht zich niet met de lichtsnelheid voortplant. Maar dat blijkt het dus wel te doen. Het verschil tussen de snelheid van zwaartekrachtgolven (hieronder vGW en de lichtsnelheid c is:
Eén van die artikelen is ‘GW170817 Falsifies Dark Matter Emulators’ van Sibel Boran, Shantanu Desai, Emre Kahya en Richard Woodard. Zij hebben op basis van de waarneming van GW170817 de zogeheten Shapiro time delay berekend, genoemd naar de sterrenkundige Irwin Shapiro. Die kwam in 1964 op basis van radarwaarnemingen met de stelling dat elektromagnetische straling vertraagd als het door een zwaartekrachtsveld beweegt. Radargolven die bijvoorbeeld langs de zon vliegen zouden door diens zwaartekrachtsveld 2 x 10^-4 seconden vertragen, een meetbaar effect, want met de lichtsnelheid betekent zo’n vertraging 60 km. De genoemde theorieën van gemodificeerde zwaartekracht gaan er van uit dat het Shapiro effect voor zwaartekrachtgolven veel kleiner is dan voor neutrino’s en fotonen. De vertraging van de neutrino’s en fotonen voor GW170817 zou volgens die theorieën maar liefst 1000 dagen moeten duren. Het was slechts 1,7 seconden voor de gamma-fotonen. Op basis hiervan stellen de auteurs dat die theorieën van gemodificeerde zwaartekracht de prullenbak in kunnen.
Bonus! Gravitational Waves place stringent constraints on modified gravity alternatives to dark matter and dark energy #GW170817 pic.twitter.com/kuvHHHItYW
— Gianfranco Bertone (@gfbertone) 18 oktober 2017
Bron: Backreaction + Francis Naukas.
