في اللحظات الأخيرة من الاندماج ، لا ينبعث نجمان نيوترونيان فقط من موجات الجاذبية - هناك انفجار للقوة الكارثية التي تستجيب عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله. يسمح لنا الفرق في وقت الوصول بين موجات الضوء والجاذبية بتعلم الكثير عن الكوناسأل عالم الفيزياء الفلكية عن أعظم أسرار الكون اليوم - وستكون الإجابة الأكثر شيوعًا هي "المادة المظلمة" و "الطاقة المظلمة". ما تتكون منه كل الأشياء على الأرض ، تشكل الذرات ، التي تتكون بدورها من جسيمات أساسية ، 5 ٪ فقط من ميزانية الطاقة الكونية. وإما 95٪ من طاقة الكون متضمنة في هذين الشكلين ، في شكل مادة مظلمة وطاقة مظلمة ، والتي لم تتم ملاحظتها حتى يومنا هذا مباشرة ، أو شيء خاطئ جذريًا في فكرتنا عن الكون. تم استكشاف بدائل لهذه النظريات لبعض الوقت ، وأدت متغيراتها المختلفة إلى عواقب جسدية مختلفة قليلاً. بعد أن لاحظنا لأول مرة اندماج النجوم النيوترونية وإشارات الاستقبال في شكل موجات الجاذبية وضوء من طيف واسع نوعًا ما ، تم رفض جزء كبير من هذه البدائل. لقد صمدت المادة المظلمة والطاقة المظلمة أمام اختبار التجربة.
الكتلة المجرية الديناميكية فائقة الكتلة Abell 370 ، التي تكون كتلتها الجاذبية (ومعظمها مادة مظلمة) مميزة باللون الأزرقفي الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات ، هناك العديد من الألغاز الرئيسية التي كان من المفترض أن تحلها المادة المظلمة والطاقة المظلمة. في جزء من المادة المظلمة ، ترتبط في الغالب بتكوين المجرات وتدويرها وتراكمها ، وفي جزء من الطاقة المظلمة ترتبط بسرعة توسع الكون وتطوره في الوقت المناسب. يمكن تبرير بعض الملاحظات
بقليل من صقل نظرية الجاذبية ، وهذا لا يتطلب مادة مظلمة وطاقة مظلمة. يأمل الأشخاص الذين يعملون على هذه التحسينات أن يجدوا واحدًا صحيحًا - واحدًا يمكنه أيضًا عمل تنبؤات جديدة تختلف عن نظريات المادة المظلمة والطاقة المظلمة - وأنه يمكن التحقق منها.
يتم التحكم في تكوين الشبكة الكونية بواسطة المادة المظلمة ، ويتم التحكم في الهياكل الأكبر حجمًا من خلال سرعة التوسع والطاقة المظلمة. تتشكل الهياكل الصغيرة على طول الخيوط بسبب انهيار المادة العادية ، عرضة للتفاعلات الكهرومغناطيسية.لكن تعديل الجاذبية ، سواء كان محاولة تفسير المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة (ناهيك عن شرح كلتا النظريتين في وقت واحد) هي لعبة يجب لعبها بعناية فائقة. لقد تم بالفعل اختبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين بشكل شامل ، وتم تحقيق توقعاتها في كل مرة. من خلال تعديل الجاذبية ، تقوم بتغيير هذه النظرية ، لذلك يجب القيام بذلك حتى لا تتعارض مع جميع الملاحظات والقياسات التي تم إجراؤها بالفعل. ونتيجة لذلك ، انتقل العديد من الاختلافات في التغييرات إلى منطقة لم يتم اختبارها جيدًا حتى الآن: منطقة تسمح بتغيير سرعة الجاذبية. في نظرية آينشتاين ، سرعة الجاذبية مساوية للضوء ، دائمًا وبدقة. لكن العديد من النظريات البديلة تغير هذا الافتراض.
الإسقاط واسع النطاق في محاكاة مشروع Illustris عند إزاحة z = 0 ، تتمركز على الكتلة الأكثر ضخامة على عمق 15 Mpc / h [h هي معلمة هابل بلا أبعاد / تقريبًا. ترجم.]. يوضح انتقال كثافة المادة المظلمة (يسار) إلى كثافة الغاز (يمين). لا يمكن تفسير تكوين الهياكل الكبيرة للكون بدون مادة مظلمة ، على الرغم من محاولات تعديل الجاذبية.يُعتقد عمومًا أن الطاقة المظلمة هي ثابت كوني ، وأن سرعة الضوء والجاذبية ثابتة أيضًا (ومتساوية مع بعضها البعض). تضيف
الصيغ البديلة شيئًا أكثر تعقيدًا: حقل عددي أو مجموعة من الحقول الإضافية. هذا هو المكان الشائع لنماذج التعديل - مثل
المتغير الجاليلي ، الجاذبية الضخمة ،
الجاذبية مع الجاذبية الضخمة ،
نظرية آينشتاين الأثير ،
الجاذبية المتجهية العددية ،
جاذبية خورافا . في كثير من الحالات ، اعتمادًا على كيفية تفاعل المجال الحجمي مع مجال الجاذبية (الموتر) القياسي للنظرية العامة للنسبية ، تختلف سرعة الجاذبية إما عن سرعة الضوء أو التغيرات في الوقت. لكن حقيقة أن أشعة جاما وموجات الجاذبية من الحدث GW170817 لانصهار النجوم النيوترونية جاءت بفارق 1.7 ثانية تعني أن سرعة الجاذبية يجب أن تكون مساوية لسرعة الضوء مع خطأ لا يزيد عن
10-15 .
تنتقل جميع الجسيمات عديمة الكتلة بسرعة الضوء ، بما في ذلك الفوتونات ، gluons وموجات الجاذبية ، وتحمل تفاعلات كهرومغناطيسية ونووية قوية وجاذبية ، على التوالي. إن المصادفة العملية لوقت وصول موجات الجاذبية والكهرومغناطيسية من GW170817 مهمة للغاية.ونتيجة لذلك
، تم دحض عدد كبير من بدائل GTR القياسية مع الطاقة المعتمة القياسية. إن حقيقة أن الفرق البالغ 1.7 ثانية بين الضوء وإشارة الجاذبية على مسافة 130 مليون سنة ضوئية صغير جدًا يعني أن سرعة الجاذبية لا يمكن أن تتغير بمرور الوقت ، أو أن تكون بشكل منهجي أكبر أو أقل من سرعة الضوء. بإضافة مجال عددي إلى نظرية الجاذبية ، تحصل على أثرين رئيسيين:
- يظهر مصطلح موتر للسرعة الإضافية ، مما يزيد من سرعة انتشار موجات الجاذبية.
- يتغير مقياس كتلة بلانك الفعال على المشابهات الزمانية ، مما يغير توهين موجات الجاذبية أثناء توسع الكون.
تشير حقيقة أن سرعة الضوء وسرعة الجاذبية متساوية مع هذه الدقة إلى أن جميع النظريات ذات التعديلات من هذا النوع محدودة للغاية ، وأن معظم هذه النماذج ، في الواقع ، يتم دحضها.
تم دحض العديد من تعديلات الجاذبية التي ترفض الطاقة المظلمة بحلول وقت وصول موجات الجاذبية والكهرومغناطيسية.في حالة المادة المظلمة ، كانت محاولات إنشاء جاذبية معدلة
أسوأ . معظم التعديلات تغير قانون تفاعل الأجسام الضخمة ، مما يغير إمكانات الجاذبية في مناطق الزمكان التي تحتوي على الكتلة. عندما تمر الأجسام تتحرك بسرعة الضوء ، مثل الفوتونات أو موجات الجاذبية ، تمر عبر هذا الفضاء ، تتباطأ هذه الإشارات وفقًا لقواعد النسبية العامة:
تأثير شابيرو . على مسافة 130 مليون سنة ضوئية ، يجب أن تؤخر المادة التي تقف في الطريق هذه الإشارة لمدة ثلاث سنوات تقريبًا ، إذا كانت الفكرة القياسية للمادة المظلمة صحيحة. ولكن إذا قمت بتغيير الجاذبية للتخلص من المادة المظلمة ، فسوف تغير بجدية خصائص انتشار موجات الجاذبية عبر الفضاء.
عندما يمر الضوء أو موجات الجاذبية أو أي جسيم بلا كتلة عبر مساحة من الفضاء تحتوي على كمية كبيرة من المادة ، يكون المسار منحنيًا بسبب تشويه هذه المساحة ، مما يؤدي إلى تأخير في وقت الوصول. في معظم نظريات الجاذبية المعدلة ، ستختلف تأخيرات موجات الضوء والجاذبية.نظريات الجاذبية المعدلة بدون المادة المظلمة ، مثل TeVeS أو
MoG / Scalar-Tensor-Vector ، لها خصوصية - موجات الجاذبية فيها تنتشر على طول المنحنيات الجيوديسية - مسارات مختلفة في الزمكان - تختلف عن تلك التي تتبعها الفوتونات والنيوترينوات. باختصار ، يجب أن تسافر موجات الجاذبية على طول مسارات تحددها المادة الطبيعية فقط ، ويجب أن تسافر الفوتونات والنيوترينوات على طول مسارات تحددها الكتلة الفعالة: المادة الطبيعية في المجموع مع تأثيرات تحاكي المادة المظلمة. مثل هذا الاختلاف سيؤدي إلى اختلاف في وقت وصول الفوتونات وموجات الجاذبية ما يقرب من 800 يوم ، بدلاً من 1.7 ثانية لوحظت في الواقع.
نظرًا للارتباط المتبادل بين موجات الجاذبية والإشارات الكهرومغناطيسية ، يتم
رفض هذه الخيارات بدون المادة المظلمة.
مصادر الكتلة المختلفة في NGC 4993 ، حيث اندمجت النجوم النيوترونية ، وتأثيرها على التأخير في مرور الموجات الضوئية والجاذبيةعندما تنتشر موجات الجاذبية والفوتونات (الموجات الكهرومغناطيسية) في الفضاء ، يؤثر انحناء وتمدد الفضاء على نفس الطريقة تمامًا. أي أثناء استخدام GR. إذا قمت بتغيير نظرية الجاذبية - لمحاولة التخلص من المادة المظلمة و / أو الطاقة المظلمة ، على سبيل المثال - فإن المادة وكتلتها فقط ستؤثر على موجات الجاذبية ، وسوف تؤثر تأثيرات التعديل على الفوتونات والجسيمات الأخرى. نظرًا لأن موجات الجاذبية وإشارات الضوء من النجوم النيوترونية المدمجة وصلت في وقت واحد ، فقد تحركت عبر الفضاء بنفس السرعة ، وشهدت نفس التباطؤ. الدقة الدقيقة كافية لاستبعاد المرشحين الرئيسيين لنظرية الجاذبية المعدلة بدون المادة المظلمة.
تُظهر خرائط الأشعة السينية (باللون الوردي) والمادة الكلية (الزرقاء) لمختلف مجموعات المجرات المتصادمة وجود فصل واضح بين المادة الطبيعية وتأثيرات الجاذبية - أحد أكثر الأدلة إقناعاً لوجود المادة المظلمة. يجب الآن أن تنجذب النظريات البديلة لدرجة أن الكثيرين يجدونها ببساطة سخيفة.لا تزال هناك العديد من النماذج المتوترة التي تحتفظ بآمال الجاذبية المعدلة - على سبيل المثال ، نظريات الجاذبية غير المحلية (التي لا تتزامن فيها تأثيرات الجاذبية وترتيب الكتل) ، أو النظريات التي تتبعها موجات الجاذبية والموجات الكهرومغناطيسية. ولكن حتى هذه الأفكار مقيدة بشكل خطير بالملاحظات الجديدة لموجات الجاذبية ، وهي بحاجة إلى أن تشبه أكثر فأكثر تأثيرات المادة المظلمة والطاقة المظلمة من أجل البقاء. الجاذبية المعدلة لم تغرق بعد في النسيان ، لكن العديد من أعظم آمالها قد تحطمت للتو. أينشتاين ، مع نظريته في شكلها الأصلي ، دون تغيير ، لا يزال يعيش.