Le teorie fisiche del passato hanno introdotto diverse costanti fondamentali, inclusa la costante G di Newton, che quantifica la forza dell'interazione gravitazionale tra due oggetti massicci. Combinato, queste costanti fondamentali consentono ai fisici di descrivere l'universo in modi diretti e più facili da capire.

Nel passato, alcuni ricercatori si sono chiesti se il valore delle costanti fondamentali cambiasse nel tempo cosmico. Inoltre, alcune teorie alternative della gravità (cioè, adattamenti o sostituti della teoria della relatività generale di Einstein), prevedere che la costante G varia nel tempo.

I ricercatori dell'International Center for Theoretical Sciences del Tata Institute for Fundamental Research in India hanno recentemente proposto un metodo che può essere utilizzato per porre vincoli alla variazione di G nel tempo cosmico. Questo metodo, delineato in un articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , si basa sull'osservazione della fusione di stelle di neutroni binarie.

"Diversi esperimenti hanno limitato la quantità di variazione di G, " Parameswaran Ajith, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Il nostro lavoro mostra che le osservazioni delle onde gravitazionali delle stelle binarie di neutroni forniscono un nuovo metodo per misurare la variazione temporale di G. Dal segnale dell'onda gravitazionale derivante da una fusione binaria di stelle di neutroni, possiamo misurare la combinazione GM /c ² , dove M è la massa totale del binario e c è la velocità della luce. Se abbiamo una misura indipendente di M e c, possiamo determinare il valore di G."

Mentre la velocità della luce è nota, non esiste una misurazione indipendente della massa di una fusione di stelle binarie. Ciò che è noto, però, è che le stelle di neutroni hanno limiti di massa specifici.

Nello specifico, i fisici sanno che se una stella di neutroni è troppo massiccia, crollerà sotto la sua stessa gravità. D'altra parte, se è troppo leggero, non sarà in grado di trattenere il suo materiale. Ajith e i suoi colleghi hanno essenzialmente proposto di utilizzare questi limiti di massa noti per vincolare l'intervallo di valori che G può avere durante una fusione di stelle binarie.

"L'idea originale del mio collaboratore Shasvath Kapadia era di utilizzare l'emissione elettromagnetica dalla fusione per stimare in modo indipendente la massa del binario, " disse Ajith. "Finché questo è, in linea di principio, possibile, le incertezze in questa misurazione sono grandi a causa della complessa fisica coinvolta. Nel futuro, una tale misurazione potrebbe anche essere possibile."

I risultati raccolti da Ajith e dai suoi colleghi introducono nuovi vincoli sulla costante gravitazionale (G) su un'epoca cosmologica che non è sondata da altre osservazioni. Infatti, osservazioni passate generalmente sondano l'universo primitivo (cioè, minuti dopo il Big Bang) o la versione più "recente" dell'universo (cioè, fino a circa 100 milioni di anni fa).

Il metodo sviluppato da questo team di ricercatori potrebbe aiutare a comprendere meglio la misura in cui la costante gravitazionale G varia nel tempo cosmico. Inoltre, quando applicato a future osservazioni di onde gravitazionali, potrebbe potenzialmente consentire ai fisici di sondare il valore di G per un'epoca cosmologica estesa, che abbraccia 10 miliardi di anni.

"Gli osservatori di onde gravitazionali come LIGO e Virgo continuano a migliorare la loro sensibilità. Nuovi rivelatori sono in costruzione in Giappone e India, " ha detto Ajith. "Nel prossimo decennio, rileveremo onde gravitazionali da centinaia di stelle di neutroni binarie. La prossima generazione di rivelatori pianificata ne rileverà milioni, e ogni osservazione limiterà il valore di G da una diversa epoca cosmologica. In questo modo, dovremmo essere in grado di creare una "mappa" della variazione di G su un'epoca cosmologica estesa che abbraccia 10 miliardi di anni!"

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