Чи можна вирішити одну з найбільших головоломок в астрофізиці, переробивши теорію гравітації Альберта Ейнштейна? Нове дослідження, співавторами якого є вчені NASA, говорить, що поки що ні.
Всесвіт розширюється зі швидкістю прискорення, і вчені не знають чому. Це явище, здається, суперечить усьому, що дослідники розуміють про вплив гравітації на космос: це ніби ви кинули яблуко в повітря, і воно продовжувало підніматися вгору, швидше й швидше. Причина прискорення, яке отримало назву темної енергії , залишається загадкою.
Авторство: NASA, ESA, CSA та STScI
Теорія гравітації діє
Нове дослідження , проведене міжнародним дослідженням темної енергії з використанням 4-метрового телескопа Віктора М. Бланко в Чилі, свідчить про останню спробу визначити, чи це все просто непорозуміння: очікування щодо того, як працює гравітація в масштабі всього Всесвіту є помилковими або неповними. Це потенційне непорозуміння може допомогти вченим пояснити темну енергію. Але дослідження – одне з найточніших перевірок теорії гравітації Альберта Ейнштейна в космічних масштабах – виявило, що поточне розуміння все ще виглядає правильним.
Результати, авторами яких є група вчених, до складу якої входять співробітники Лабораторії реактивного руху NASA, були представлені нещодавно на Міжнародній конференції з фізики елементарних частинок і космології (COSMO’22) в Ріо-де-Жанейро. Ця робота допомагає підготувати основу для двох майбутніх космічних телескопів, які досліджуватимуть наше розуміння гравітації з ще більшою точністю, ніж нове дослідження, і, можливо, нарешті розкриють таємницю .
Як пояснити темну енергію?
Понад століття тому Альберт Ейнштейн розробив свою теорію загальної відносності для опису гравітації, і досі вона точно передбачила все, від орбіти Меркурія до існування чорних дір. Але якщо ця теорія не може пояснити темну енергію, стверджують деякі вчені, то, можливо, їм потрібно змінити деякі з її рівнянь або додати нові компоненти.
Щоб з’ясувати, чи це так, члени Дослідження темної енергії шукали докази того, що сила гравітації змінювалася протягом історії Всесвіту або на космічні відстані. Позитивний висновок означатиме, що теорія Ейнштейна є неповною, що може допомогти пояснити прискорене розширення Всесвіту. Вони також вивчили дані з інших телескопів, окрім Бланко, включно з супутником Планка ESA (Європейського космічного агентства) , і дійшли такого ж висновку.
Дослідження виявило, що теорія Ейнштейна все ще працює. Отже, пояснення темної енергії поки що немає. Але це дослідження буде використано для двох майбутніх місій: місії ЄКА «Евклід» , запуск якої запланований не раніше 2023 року. Також для цього попрацює і космічний телескоп імені Роман Ненсі Грейс від NASA, який планується запустити у 2027 році. Обидва телескопи шукатимуть зміни в силі тяжіння з часом або відстанню.
Затуманений зір
Як вчені знають, що відбувалося в минулому Всесвіту? Дивлячись на віддалені предмети. Світловий рік — це міра відстані, яку світло може подолати за рік (близько 9,5 трильйонів кілометрів). Це означає, що об’єкт на відстані одного світлового року здається нам таким, яким він був рік тому, коли світло вперше покинуло об’єкт. А галактики, що знаходяться на відстані мільярдів світлових років, здаються нам такими, якими вони були мільярди років тому. У новому дослідженні розглядалися галактики, які простягаються приблизно на 5 мільярдів років у минуле. Евклід зазирне на 8 мільярдів років у минуле, а Роман – на 11 мільярдів років назад.
Самі галактики не виявляють силу гравітації, але звертають увагу на те, як вони виглядають, якщо дивитися з Землі. Більшість матерії в нашому Всесвіті – це темна матерія, яка не випромінює, не відбиває та іншим чином не взаємодіє зі світлом. Хоча вчені не знають, з чого вона зроблена, вони знають, що вона є, оскільки гравітація видає її. Великі резервуари темної матерії у нашому Всесвіті викривляють сам простір . Коли світло подорожує крізь космос, воно стикається з цими частинами викривленого простору, в результаті чого зображення далеких галактик виглядають викривленими або розмитими. Це було показано на одному з перших зображень , опублікованих космічним телескопом Джеймса Вебба НАСА.
Гравітаційне лінзування
Це відео пояснює явище під назвою гравітаційне лінзування, через яке зображення галактик можуть виглядати викривленими або розмитими. Це спотворення спричинене силою тяжіння, і вчені можуть використати ефект для виявлення темної матерії, яка не випромінює та не відбиває світло.
Вчені з огляду темної енергії шукають на зображеннях галактик більш тонкі спотворення через те, що темна матерія згинає простір, ефект називається слабким гравітаційним лінзуванням. Сила тяжіння визначає розмір і розподіл структур темної матерії, а розмір і розподіл, у свою чергу, визначають, наскільки викривленими здаються нам ці галактики. Ось як зображення можуть показати силу тяжіння на різних відстанях від Землі та у віддалені часи протягом історії Всесвіту. Наразі група виміряла форми понад 100 мільйонів галактик, і наразі спостереження збігаються з тим, що передбачено теорією Ейнштейна.
«Ще є можливість оскаржити теорію гравітації Ейнштейна, оскільки вимірювання стають дедалі точнішими, — сказала співавтор дослідження Агнес Ферте, яка проводила дослідження як постдокторант у JPL. – Але нам ще так багато потрібно зробити, перш ніж ми будемо готові до Евкліда та Романа. Тому дуже важливо, щоб ми продовжували співпрацювати з науковцями з усього світу над цією проблемою, як ми це робили з дослідженням темної енергії».
