Contraintes sur la variation temporelle de G à partir de diverses observations. L'axe horizontal montre le temps de « regard en arrière », allant d'aujourd'hui (à gauche) au Big Bang (à droite). Dans l'axe vertical, la variation temporelle est normalisée avec la valeur courante de G, appelé G0. La barre noire montre les limites obtenues à partir des observations d'ondes gravitationnelles actuelles. Crédits :Vijaykumar, Kapadia &Ajith.
Les théories physiques passées ont introduit plusieurs constantes fondamentales, y compris la constante de Newton G, qui quantifie la force de l'interaction gravitationnelle entre deux objets massifs. Combiné, ces constantes fondamentales permettent aux physiciens de décrire l'univers de manière simple et plus facile à comprendre.
Autrefois, certains chercheurs se sont demandé si la valeur des constantes fondamentales changeait au cours du temps cosmique. De plus, certaines théories alternatives de la gravité (c. adaptations ou substituts de la théorie de la relativité générale d'Einstein), prédire que la constante G varie dans le temps.
Des chercheurs du Centre international des sciences théoriques de l'Institut Tata pour la recherche fondamentale en Inde ont récemment proposé une méthode qui peut être utilisée pour imposer des contraintes sur la variation de G au cours du temps cosmique. Cette méthode, décrit dans un article publié dans Lettres d'examen physique , est basé sur des observations de fusion d'étoiles à neutrons binaires.
"Plusieurs expériences ont limité la quantité de variation de G, " Parameswaran Ajith, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Notre travail montre que les observations d'ondes gravitationnelles des binaires d'étoiles à neutrons fournissent une nouvelle méthode pour mesurer la variation temporelle de G. A partir du signal d'ondes gravitationnelles résultant d'une fusion binaire d'étoiles à neutrons, on peut mesurer la combinaison GM /c 2 , où M est la masse totale du binaire et c est la vitesse de la lumière. Si nous avons une mesure indépendante de M et c, nous pouvons déterminer la valeur de G."
Alors que la vitesse de la lumière est connue, il n'y a pas de mesure indépendante de la masse d'une fusion d'étoiles binaires. Ce qui est connu, cependant, est que les étoiles à neutrons ont des limites de masse spécifiques.
Spécifiquement, les physiciens savent que si une étoile à neutrons est trop massive, il s'effondrera sous sa propre gravité. D'autre part, s'il fait trop clair, il ne pourra pas s'accrocher à son matériel. Ajith et ses collègues ont essentiellement proposé d'utiliser ces limites de masse connues pour contraindre la plage de valeurs que G peut avoir lors d'une fusion d'étoiles binaires.
"L'idée originale de mon collaborateur Shasvath Kapadia était d'utiliser l'émission électromagnétique de la fusion pour estimer indépendamment la masse du binaire, " dit Ajith. " Pendant que c'est, en principe, possible, les incertitudes de cette mesure sont importantes en raison de la physique complexe impliquée. À l'avenir, une telle mesure pourrait également être possible.
Les découvertes rassemblées par Ajith et ses collègues introduisent de nouvelles contraintes sur la constante gravitationnelle (G) sur une époque cosmologique qui n'est sondée par aucune autre observation. En réalité, les observations passées sondent généralement le tout premier univers (c. minutes après le Big Bang) ou la version la plus "récente" de l'univers (c'est-à-dire, il y a environ 100 millions d'années).
La méthode développée par cette équipe de chercheurs pourrait aider à mieux comprendre dans quelle mesure la constante gravitationnelle G varie au cours du temps cosmique. De plus, lorsqu'il est appliqué aux futures observations d'ondes gravitationnelles, cela pourrait potentiellement permettre aux physiciens de sonder la valeur de G pour une époque cosmologique étendue, s'étalant sur 10 milliards d'années.
« Les observatoires à ondes gravitationnelles comme LIGO et Virgo continuent d'améliorer leurs sensibilités. De nouveaux détecteurs sont en cours de construction au Japon et en Inde, " dit Ajith. " Au cours de la prochaine décennie, nous détecterons les ondes gravitationnelles de centaines d'étoiles à neutrons binaires. La prochaine génération de détecteurs prévue en détectera des millions, et chaque observation va contraindre la valeur de G d'une époque cosmologique différente. De cette façon, nous devrions être en mesure de créer une « carte » de la variation de G sur une période cosmologique étendue couvrant 10 milliards d'années !"
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