宇宙大灾难允许对广义相对论进行精确检验

时间:2020-07-13 14:34 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

宇宙大灾难允许对广义相对论进行精确检验 2019年,神奇望远镜首次探测到高能伽马射线爆发。这是从这种宇宙物体中获得的最强烈的伽马射线。但是GRB的数据提供了更多的信息:通过进一步的分析,神奇的科学家们现在可以确认光速在真空中是恒定的,而不依赖于能量。因此,像许多其他测试一样,GRB数据也证实了爱因斯坦的广义相对论。这项研究已经发表在《物理评论快报》上。 爱因斯坦的广义相对论(GR)是一个美丽的理论,它解释了质量和能量如何与时空相互作用,创造了一种通常被称为引力的现象。GR在不同的物理环境和不同的尺度上被反复测试,并且假设光速是恒定的,它总是能够很好地预测实验结果。然而,物理学家怀疑GR不是最基本的理论,可能存在一个潜在的量子力学的引力描述,称为量子引力(QG)。 一些量子力学理论认为光速可能是依赖于能量的。这种假想现象称为洛伦兹不变性违背(LIV)。它的影响被认为太小而无法测量,除非经过很长一段时间的积累。那么如何实现呢?一种解决方案是使用来自天文来源的伽马射线信号。伽玛射线爆发(GRBs)是一种强大的、遥远的宇宙爆炸,它释放出高度变化的、极具能量的信号。因此,它们是QG实验测试的优秀实验室。预计高能光子受QG效应的影响更大,这种效应应该有很多;这些粒子在到达地球前要经过数十亿年,这增强了这种效应。 星载探测器每天都能探测到grb,这些探测器可以观测到天空的大部分,但其能量要比MAGIC等地面望远镜低。2019年1月14日,MAGIC望远镜系统探测到第一个万亿电子伏特(TeV,比可见光能量高1万亿倍)范围内的伽玛射线爆,因此记录下了迄今为止从此类物体观测到的最高能光子。为了研究这个物体的性质和高能辐射,进行了多次分析。 里耶卡大学的研究员Tomislav Terzic说:“在TeV能量范围内,还没有对GRB数据进行过LIV研究,因为到目前为止还没有这样的数据。20多年来,我们一直期待这样的观察可以增加对LIV效应的敏感性,但在看到我们分析的最终结果之前,我们无法知道增加了多少。那是一段非常激动人心的时期。” 宇宙大灾难允许对广义相对论进行精确检验 自然,魔术科学家想利用这一独特的观察来寻找QG的效果。但一开始,他们遇到了一个障碍:用魔法望远镜记录的信号随着时间单调衰减。虽然这对研究伽马射线暴的天体物理学家来说是一个有趣的发现,但它不利于对活体进行测试。来自巴塞罗那IFAE的研究人员Daniel Kerszberg说:“当比较不同能量的两种伽马射线到达的时间时,我们假设它们是从源瞬间发射的。然而,我们对天体过程的认识仍然不够精确,不足以确定任何给定光子的发射时间。” 传统上,天体物理学家依靠信号的可识别的变化来限制光子的发射时间。单调变化的信号缺乏这些特征。因此,研究人员使用了一个理论模型,该模型描述了在魔术望远镜开始观测之前预期的伽马射线发射。该模型包括通量的快速上升,峰值发射和像魔术观察到的单调衰变。这给科学家们提供了一个实际寻找丽芙的把柄。 仔细的分析表明,伽马射线的到达时间没有依赖于能量的时间延迟。爱因斯坦似乎仍然坚持这一立场。“然而,这并不意味着这个神奇的团队空手而归,”慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所的研究员贾科莫·达米科说;“我们能够在QG能量级别上设置严格的限制。”本研究中设定的极限可与利用卫星探测器观测GRB或利用活动星系核的地面观测获得的最佳可用极限相媲美。 Padova大学的博士后研究员Cedric Perennes补充说:“我们都非常高兴,也感到非常荣幸,能够在TeV能量范围内对GRB数据进行第一次洛伦兹不变性违背的研究,并为未来的研究打开大门!” 与之前的工作相比,这是第一次以TeV能量对GRB信号进行这样的测试。通过这项开创性的研究,魔术团队为未来的研究奠定了立足点,并在21世纪对爱因斯坦的理论进行更严格的检验。“魔法合作”的发言人奥斯卡·布兰奇总结说:“这一次,我们观察到一个相对近的伽马射线暴。我们希望能很快捕捉到更明亮、更遥远的事件,这将使更敏感的试验成为可能。”
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