Mens forskere fortsetter å diskutere hva største uløste mysterier av vårt univers kan være, få vil bestride det tyngdekraften er fortsatt blant de mest mystiske kreftene som mennesker har observert.
Så subtil at den nesten ikke har noen effekt på subatomært nivå, holder tyngdekraften likevel planetene i bane og holder sammen buntene av millioner av stjerner astronomer kjenner igjen som galakser. Selv om det er usynlig for det menneskelige øyet, forblir tyngdekraften også i stand til å forvrenge lyset, det raskest bevegelige middelet styrt av fysikk som eksisterer i universet vårt.
Den mest nøyaktige beskrivelsen av tyngdekraften er fortsatt den Einstein ga oss i 1915 med sin generelle relativitetsteori. For Einstein er tyngdekraften i hovedsak bare effekten som oppstår fra variasjoner i massefordelingen gjennom universet, noe som resulterer i krumningen av romtiden. Tenk på hvordan en klinkekule, plassert i den ene enden av en stor gummiplate, ville rulle mot et sted der du plasserer en større, tyngre gjenstand som vekter arket, og skaper en nedoverbøyd fordypning langs overflaten. Selv om tyngdekraften faktisk er kraften som beveger marmoren i denne analogien, er det bredere konseptet knyttet til hvordan mindre objekter i rommet tiltrekkes mot objekter med større masse.
Selv om Einsteins forståelse av tyngdekraften fortsatt er den beste vi har for øyeblikket, det har tidvis vært utfordringer til den berømte fysikerens teorier. Imidlertid, iht en ny studierevidering av Einsteins teorier om den mest mystiske kraften i hele naturen vil neppe hjelpe oss med å løse et av de største dvelende spørsmålene om universet vårt: hva er det som får det til å utvide seg i en stadig akselererende hastighet?
Forskere har lenge fundert over hva som kan få universet vårt til å utvide seg slik det gjør, samtidig som de tilsynelatende unngår tyngdekraftens påvirkning. Effekten kan sammenlignes med hva som ville skje hvis du skulle kaste en baseball rett opp i luften, og i stedet for å stige til en viss høyde og falle igjen, fortsatte den å stige i stedet, og fikk fart etter hvert som den beveget seg bort fra jorden. Med andre ord ser det ut til at utvidelsen av universet vårt trosser alt vi forstår om tyngdekraften.
Tast inn mørk energi, tror den hypotetiske kraften fysikere driver denne unormale universelle ekspansjonen. Kilden til nesten 70% av den totale energien i universet vårt i dag, siden 1990-tallet, har mørk energi vært den ledende forklaringen på hva som kan være årsaken til at ekspansjonshastigheten til universet stadig akselererer.
Men det finnes også andre muligheter. Hva om for eksempel noe var ufullstendig i vår forståelse av tyngdekraften? Hadde Einstein tross alt tatt feil?
Dette hadde vært et av spørsmålene til forskere med den internasjonale Dark Energy Survey, som baserte seg på data samlet inn av Victor M. Blanco 4-metersteleskopet i Chile for å prøve å avgjøre spørsmålet om det fortsatt er noen få mangler. brikker i gravitasjonspuslespillet.
Studien nærmet seg problemet ved å utforske flere forskjellige mulige universelle modeller. Disse inkluderte den allment aksepterte tilstedeværelsen av mørk energi, så vel som sterile nøytrinoer eller romlig krumning som ikke er null som mulige forklaringer. Teamet var villig til å potensielt oppheve Einsteins generelle relativitetsteori, om nødvendig, og undersøkte også muligheten for at “modifikasjoner av gravitasjonsfysikk” kan være nødvendig. Teamet brukte simulerte data sammen med blinde analyser av virkelige data for å validere funnene, med sikte på å avgjøre om ideene våre om mørk energi og det ekspanderende universet kan oppstå fra en grunnleggende misforståelse om forholdet mellom tyngdekraften og kosmos.
“Denne potensielle misforståelsen kan hjelpe forskere med å forklare mørk energi,” leste en nylig uttalelse på nettsiden til Jet Propulsion Laboratory. Med henvisning til NASA-forskere blant sine bidragsytere, la uttalelsen til at studien, “en av de mest presise testene til nå av Albert Einsteins teori om tyngdekraft på kosmiske skalaer,” fant at vår aksepterte forståelse av hvordan tyngdekraften fungerer forblir intakt.
Spesielt hadde Dark Energy Survey-teamet søkt etter bevis på at det kunne være variasjoner i tyngdekraften enten gjennom hele kosmos historie eller over store avstander i universet vårt. En slik oppdagelse ville være en klar indikasjon på at Einsteins teorier var langt fra komplette, og dermed står for den unormale utvidelsen av universet.
Basert på resultatene av teamets analyse ser det ut til at observasjonene fortsatt fungerer veldig i takt med Einsteins gravitasjonsteori. Men mens en relativistisk tolkning av tyngdekraften fortsatt er den beste modellen, bringer dette oss ikke nærmere å forklare mørk energi.
Forskere vet at mørk energi eksisterer, selv om vi ennå ikke har bestemt hva den er laget av, på grunn av dens egen gravitasjonspåvirkning på rommet rundt den. Selv om lys ikke samhandler med mørk energi, kan det bli forvrengt av tyngdekraften der det er store konsentrasjoner av det, noe som resulterer i forvrengninger av lys i bilder samlet av fjerne galakser – en effekt ellers kjent som svak gravitasjonslinse.
Etter å ha målt formen og utseendet til mer enn 100 millioner galakser, fant Dark Energy Survey-teamet at alle deres observasjoner ble supplert med Einsteins spådommer om tyngdekraften.
“Arbeidet bidrar til å sette scenen for to kommende romteleskoper som vil undersøke vår forståelse av tyngdekraften med enda høyere presisjon enn den nye studien,” heter det i JPL-uttalelsen, “og kanskje til slutt løse mysteriet.”
I årene fremover vil et par nye oppdrag – European Space Agencys Euclid-oppdrag, samt lanseringen av NASAs eget Nancy Grace Roman Space Telescope – begge ta sikte på å gjennomsøke universet ytterligere for å finne bevis på om det er tilfeller der tyngdekraftens styrke ser ut til å variere. Selv om den nylige studien fra Dark Energy Survey-teamet baserte seg på data som kikket nærmere fem milliarder år inn i fortiden, vil Euclid og Nancy Grace Roman se enda lenger tilbake – henholdsvis så mye som åtte milliarder og elleve milliarder år.
Mens den nylige studien fant at Einsteins gravitasjonsteori var i stand til å møte utfordringene fra en av de største testene til dags dato, betyr det ikke at fremtidige funn ikke kunne avsløre områder der den fortsatt trenger litt arbeid.
“Det er fortsatt rom for å utfordre Einsteins gravitasjonsteori,” ifølge Agnès Ferté, en postdoktor ved JPL og en av medforfatterne av studien. Med innsamlingen av mer presise målinger i fremtiden, tror Ferté at enkelte aspekter av Einsteins teori fortsatt kan kreve litt revisjon.
“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,” legger Ferté til.
En forhåndstrykt versjon av teamets 45-siders papir, “Resultater fra Dark Energy Survey Year 3: Constraints on extensions to ΛCDM with weak lensing and galaxy clustering,” kan leses på nett her.
Micah Hanks er sjefredaktør og medgründer av The Debrief. Følg arbeidet hans kl micahhanks.com og på Twitter: @MicahHanks.