Forskere kommer fortsatt tomme opp i jakten på feil i Einsteins generelle relativitetsteori som kan forklare den mystiske kraften som driver den akselererende utvidelsen av universet.
Forskerne studerte 100 millioner galakser leter etter tegn på at styrken til gravitasjon har variert gjennom universets historie eller over store kosmiske avstander. Ethvert tegn på en slik endring tyder på det Einsteins teori om generell relativitet er ufullstendig eller trenger revisjon. Variasjon vil også kunne kaste lys over hva mørk energi er, utover det er det navnet forskerne gir til det som får universets ekspansjon til å akselerere.
Til tross for at det ikke er funnet slike variasjoner i tyngdekraftens styrke, vil arbeidet hjelpe to kommende romteleskoper – European Space Agencys Euklid oppdrag og NASA Nancy Grace romerske romteleskop — jakte også på endringer i tyngdekraften gjennom rommet og tilbake gjennom tiden.
“Det er fortsatt rom for å utfordre Einsteins gravitasjonsteori, ettersom målinger blir mer og mer presise,” sa teammedlem og tidligere postdoktor ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL), Agnès Ferté. en uttalelse.
I slekt: 10 ville teorier om universet
For å se hvorfor mørk energi og universets akselererende ekspansjon er så urovekkende for forskere, forestill deg å dytte et barn på en huske, se henne bremse ned og nesten stoppe opp. Så plutselig øker svingen plutselig og fortsetter å bevege seg raskere uten noe press.
Forskernes ekvivalent er at universets ekspansjon bør avta etter det første dyttet Det store smellet. Men det er det ikke. Det akselererer, og begrepet “mørk energi” er en plassholder for den mystiske kraften som driver denne akselerasjonen.
Som et resultat jobber mørk energi i realiteten mot tyngdekraften – skyver kosmiske objekter fra hverandre ettersom tyngdekraften trekker dem sammen. Og fordi mørk energi står for rundt 68 % av universets energi- og materieinnhold, er dette et mysterium som forskere er ivrige etter å løse.
Så Mørk energiundersøkelse mannskapet brukte Victor M. Blanco 4-meters teleskop i Chile for å se 5 milliarder år tilbake i tid.
Tester tyngdekraften gjennom rom og tid
Lys beveger seg med konstant hastighetsom betyr at astronomer ser fjerne kosmiske objekter slik de var i fortiden.
For eksempel tar lyset omtrent syv minutter å reise fra solen til jorden, så fra planeten vår ser vi stjernen vår slik den var for syv minutter siden. Flytte lenger unna, når astronomer ser på en Melkeveien objekt ett lysår unna, ser de slik det var for et år siden. Og for noen av de fjerne galaksene som James Webb-teleskopet studerer, har lys reist til oss i titalls milliarder år, og vi ser galaksene slik de var da det 13,8 milliarder år gamle universet var i sin relative spede begynnelse.
Det er imidlertid ikke observasjonene av selve galaksene som kan antyde endringer i tyngdekraften, men snarere hva som har skjedd med lyset deres under den lange reisen til et teleskop.
Et inntog i romtiden
I følge generell relativitet, krummer masse selve romtidens stoff, med objekter med større masse som forårsaker mer ekstrem krumning. En vanlig analogi innebærer å plassere baller med forskjellige vekter på en strukket gummiduk. En bowlingball skaper en dypere bulk i lakenet enn en tennisball; en stjerne forvrider romtiden mer enn en planet.
Objekter som galakser forvrider romtiden så sterkt at når lyset passerer en galakse, blir dens bane buet. Når dette lyset når Jord, objektet som sendte det ut skifter i tilsynelatende posisjon på himmelen. Astronomer kaller effekten gravitasjonslinser.
Fordi lys fra et bakgrunnsobjekt kan ta forskjellige veier forbi et massivt objekt som en galakse – referert til som et linseobjekt – kan gravitasjonslinser få kilden til å virke forvrengt, forstørret eller til og med flere steder på himmelen. (Det er gravitasjonslinser som smurte fjerne galakser i det første bildet fra James Webb-romteleskopet.)
Effektene av gravitasjonslinser kan imidlertid være mer subtile, og disse subtile effektene er ofte forårsaket av mørk materie i linseobjektet. Og fordi mørk materie kun samhandler med tyngdekraften, ignorerer lys og annen materie helt, dens form og struktur er forårsaket av denne kraften alene.
Einstein hadde rett (igjen)
Men tilbake til den nye forskningen. Dark Energy Survey-forskerne så etter disse subtile forvrengningene, kalt “svak gravitasjonslinse”, i bilder av fjerne galakser. Forskerne mente at dette ville avsløre endringer i distribusjonen av mørk materie i linsegalakser, som igjen ville antyde endringer i tyngdekraften over tid og rom – kanskje kaste lys over den mystiske mørke energien.
Observasjoner av formen til mørk materie i 100 millioner galakser viste imidlertid at alt fortsatt var i tråd med Einsteins generelle relativitetsteori.
Dette betyr imidlertid ikke at oppdraget er over. Astronomer vil nå henvende seg til Euklids og romerske romteleskoper, som skal lanseres i henholdsvis 2023 og 2027, for å søke etter disse variasjonene i tyngdekraften i galakser som fortsatt er eldre, i håp om å oppdage endringer som kan sette kursen mot forståelsen av mørket. energi.
Mens denne nye studien så på galakser slik de var for 5 milliarder år siden, vil Euclid se tilbake 8 milliarder år, og Roman vil se enda lenger tilbake, og observere galakser slik de var for 11 milliarder år siden, ifølge NASA.
“Vi har fortsatt så mye å gjøre før vi er klare for Euclid og Roman,” sa Ferté. “Så det er viktig at vi fortsetter å samarbeide med forskere over hele verden om dette problemet, slik vi har gjort med Dark Energy Survey.”
Teamets resultater ble presentert 23. august på den internasjonale konferansen om partikkelfysikk og kosmologi (COSMO’22) i Rio de Janeiro. Et papir som beskriver teamets funn er lagt ut på preprint-depotet arXiv.org.
Følg oss på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.