宇宙大灾变允许精确测试爱因斯坦的一般相对论理论

魔术望远镜

魔法望远镜系统在罗克德洛斯莫克斯天文台,拉帕尔马,加那利群岛,西班牙。信用:Giovanni Ceribella / Magic Collaboration

2019年,魔术望远镜在非常高的能量下检测到第一个伽马射线爆裂。这是从这种宇宙对象获得的最强烈的伽马辐射。但GRB数据更多地提供:通过进一步分析,魔术科学家现在可以确认光速在真空中恒定 - 而不依赖于能量。因此,与许多其他测试一样,GRB数据也证实了爱因斯坦的一般相对论理论。该研究现已发表于此物理评论信

爱因斯坦的一般相对论(GR)是一种美丽的理论,解释了质量和能量如何与时空相互作用,从而产生通常称为重力的现象。GR已经在各种物理情况下测试并重新测试,并且在许多不同的尺度上,并且假设光速是恒定的,因此始终突出预测实验结果。然而,物理学家怀疑GR不是最基本的理论,并且可能存在重力的潜在的量子力学描述,称为量子重力(Qg)。

一些QG理论认为,光速可能依赖于能量。这种假设现象称为Lorentz不变性违规(LIV)。除非它们在很长一段时间内积累,否则它的效果被认为太小了。那么如何实现这一点?一种解决方案是使用来自来自天文源的信号来源的信号。Gamma-Ray Bursts(GRB)是强大的宇宙爆炸,其发出高度变量,极其精力充沛的信号。因此,它们是QG实验测试的优秀实验室。预计较高的能量光子将受到QG效果的影响更大,并且应该有很多;在到达地球之前,这些年数十亿年,这提高了效果。

伽玛射线爆裂击中魔法

艺术家对魔术望远镜系统和卫星观察区观察到伽马射线爆发的印象。
信用:superbossa.com和爱丽丝Donini

每天用卫星传播的探测器检测到GRB,该卫星探测器观察天空的大部分,但在较低的能量比魔法等地上的望远镜上。2019年1月14日,魔术望远镜系统检测到TeraElectronvolt Energies领域的第一个GRB(TEV,比可见光比可见光更高1000亿倍),因此到迄今为止从这种物体观察到的最有能量的光子。进行多次分析以研究该物体的性质和非常高的能量辐射。

Rijeka大学的研究员TomislavTerzić说:“在TEV能量范围内没有对GRB数据进行LIV研究,只是因为现在没有这样的数据。多十多年来,我们预计这种观察可能会增加对LIV效应的敏感性,但我们无法通过看到我们分析的最终结果之前说明了多少。这是一个非常令人兴奋的时期。“

当然,魔术科学家想使用这种独特的观察来寻找QG的影响。然而,在一开始,他们面临着一个障碍:用魔法望远镜记录的信号随着时间的推移单调摧毁。虽然这对学习GRBS的天体物理学家来说是一个有趣的发现,但它并不有利于LIV测试。Daniel Kerszberg,IFAE在巴塞罗那的研究员说:“当比较两个不同能量的两个伽马射线的到达时间时,假设它们从源上瞬间发射。然而,我们对天文学对象的过程的了解仍然不足以确定任何给定光子的发射时间。“

传统上,天体物理学家依赖于用于约束光子发射时间的信号的可识别变化。单调变化的信号缺乏这些功能。因此,研究人员使用了理论模型,该模型描述了魔术望远镜开始观察之前的预期伽马射线发射。该模型包括磁通量的快速升高,峰值发射和像魔法观察的单调衰减。这为科学家提供了实际追捕LIV的手柄。

然后仔细分析显示伽马射线到达时间内没有能量依赖的时间延迟。爱因斯坦似乎仍然掌握了这条线。“这并不意味着魔法团队被空手而归,”慕尼黑最大普朗克物理研究所的研究员Giacomo d'Amico说;“我们能够为QG能量规模设定强大的限制。”本研究中设定的限制与使用卫星检测器的GRB观察获得的最佳可用限制或使用基于基于卫星核的观察结果相当。

CEDRIC PERENNES,帕多瓦大学的博士后研究员补充说:“我们都很开心,并且有幸能够在TEV能量范围内进行GRB数据上的Lorentz Invarification违规的第一次研究,并打开门对于未来的研究!“

与以前的作品相比,这是在TEV Energies的GRB信号上进行的第一个这样的测试。凭借这项精英研究,魔术团队因此为未来的研究奠定了立足点,并在21世纪的爱因斯坦理论上更加严格地测试。奥斯卡·普通的魔法协作的发言人结束:“这次,我们观察了一个相对附近的GRB。我们希望很快捕捉更亮,更遥远的事件,这将能够实现更敏感的测试。“

参考:“来自GRB 190114C的魔法观察的Lorentz Invarification的界限”对V. A. Accari等人。(魔术协作),2020年7月9日,物理评论信
DOI:10.1103 / physrevlett.125.021301

是第一个评论在“宇宙大灾变允许精确测试爱因斯坦的一般相对论”

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