Исследование показало, что гравитация оставалась постоянной на протяжении всей эпохи Вселенной

Уже более века астрономы знают, что Вселенная расширяется после Большого взрыва. В течение первых 8 миллиардов лет скорость расширения была относительно постоянной, поскольку она сдерживалась силой гравитации.

Однако благодаря таким миссиям, как космический телескоп Хаббла, астрономы с тех пор узнали, что примерно 5 миллиардов лет назад скорость расширения увеличивалась.

Это привело к широко распространенной теории о том, что за расширением стоит таинственная сила (известная как темная энергия), в то время как некоторые настаивают на том, что сила гравитации может изменились с течением времени.

Это спорная гипотеза, поскольку она означает, что общая теория относительности Эйнштейна (которая была подтверждена девятью способами с воскресенья) неверна.

Но согласно В новом исследовании, проведенном международной коллаборацией Dark Energy Survey (DES), природа гравитации оставалась неизменной на протяжении всей истории Вселенной.

Эти результаты были сделаны незадолго до того, как два космических телескопа следующего поколения (Нэнси Грейс Роман и Евклид) отправляются в космос для проведения еще более точных измерений. вопросы гравитации и ее роли в космической эволюции.

Сотрудничество DES объединяет исследователей из университетов и институтов США, Великобритании, Канады, Чили, Испании, Бразилии, Германии, Японии, Италии, Австралии, Норвегии, и Швейцария.

Их результаты третьего года работы были представлены на Международной конференции по физике элементарных частиц и космологии (COSMO’22), которая проходила в Рио-де-Жанейро с 22 по 26 августа.

Они также были опубликованы в статье под названием «Результаты третьего года исследования темной энергии: ограничения на расширения лямбда-CDM со слабым линзированием и кластеризацией галактик», опубликованной в журнале Physical Review D Американского физического общества.

Общая теория относительности Эйнштейна, которую он завершил в 1915 году, описывает, как кривизна пространства-времени изменяется в присутствии гравитации.

Более века эта теория точно предсказывала почти все в нашей Вселенной, от орбиты Меркурия и гравитационного линзирования до существования черных хо les.

Но между 1960-ми и 1990-ми годами были обнаружены два несоответствия, которые заставили астрономов задаться вопросом, верна ли теория Эйнштейна. Во-первых, астрономы заметили, что гравитационные эффекты массивных структур (таких как галактики и скопления галактик) не согласуются с их наблюдаемой массой.

Это породило теорию о том, что пространство заполнено невидимой массой, взаимодействующей с «нормальная» (также известная как «светящаяся» или видимая) материя посредством гравитации. Между тем, наблюдаемое расширение космоса (и то, как оно подвержено ускорению) породило теорию темной энергии и космологическую модель лямбда-холодной темной материи (лямбда-CDM).

Холодная темная материя — это интерпретация, в которой эта масса состоит из больших, медленно движущихся частиц, а лямбда представляет темную энергию. Теоретически эти две силы составляют 95 процентов всей массы и энергии Вселенной, однако все попытки найти прямые доказательства их существования потерпели неудачу.

Единственная возможная альтернатива состоит в том, что теорию относительности необходимо изменить. для учета этих расхождений. Чтобы выяснить, так ли это, члены DES использовали 4-метровый телескоп Виктора М. Бланко в Межамериканской обсерватории Серро-Телоло в Чили, чтобы наблюдать за галактиками на расстоянии до 5 миллиардов световых лет.

Они надеялись определить, менялась ли гравитация за последние 5 миллиардов лет (с момента начала ускорения) или на космических расстояниях. Они также сверялись с данными других телескопов, в том числе со спутника ESA Planck, который с 2009 года составляет карту космического микроволнового фона (CMB).

Они уделили пристальное внимание тому, как изображения, которые они видели, содержали тонкие искажения из-за темная материя (гравитационные линзы). Как показано на первом изображении, полученном космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), ученые могут сделать вывод о силе гравитации, анализируя степень, в которой гравитационная линза искажает пространство-время.

На данный момент коллаборация DES измерила формы более 100 миллионов галактик, и все наблюдения соответствуют тому, что предсказывает Общая теория относительности. Хорошая новость заключается в том, что теория Эйнштейна по-прежнему верна, но это также означает, что тайна темной энергии пока не раскрыта.

К счастью, астрономам не придется долго ждать, пока появятся новые и более подробные данные. . Во-первых, это миссия ЕКА «Евклид», которую планируется запустить не позднее 2023 года. Эта миссия нанесет на карту геометрию Вселенной, заглянув в прошлое на 8 миллиардов лет, чтобы измерить эффекты темной материи и темной энергии.

К маю 2027 года к ней присоединится космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман. , который будет оглядываться назад более чем на 11 миллиардов лет. Это будут самые подробные космологические обзоры из когда-либо проводившихся, и ожидается, что они предоставят наиболее убедительные доказательства в пользу (или против) модели Lambda-CDM.

Соавтор исследования Агнес Ферте, проводившая исследование как Постдокторский исследователь из JPL, заявил в недавнем пресс-релизе НАСА:

«По мере того, как измерения становятся все более и более точными, все еще есть возможность бросить вызов теории гравитации Эйнштейна. нужно сделать, прежде чем мы будем готовы к Евклиду и Роману. Поэтому очень важно, чтобы мы продолжали сотрудничать с учеными всего мира по этой проблеме, как мы это сделали с Исследованием темной энергии».

Кроме того, наблюдения Уэбба за самыми ранними звездами и галактиками во Вселенной позволят астрономам наметить эволюцию космоса с самых ранних периодов. Эти усилия могут дать ответы на некоторые из самых насущных загадок во Вселенной.

К ним относится то, как совпадают теория относительности, наблюдаемая масса и расширение Вселенной, но они также могут дать представление о том, как гравитация и другие фундаментальные явления взаимодействуют силы Вселенной (как описано в квантовой механике) — Теория всего (ToE).

Если и есть что-то, что характеризует нынешнюю эпоху астрономии, так это то, как долгосрочные исследования и Инструменты нового поколения собираются вместе, чтобы проверить то, что до сих пор было лишь теоретическим материалом.

Потенциальные прорывы, к которым они могут привести, несомненно, порадуют и озадачат нас. Но, в конечном счете, они произведут революцию в том, как мы смотрим на Вселенную.

Эта статья была первоначально опубликована Universe Today. Прочтите исходную статью.