Ogólna teoria względności Einsteina potwierdzona
Astronomowie użyli instrumentu MUSE na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) oraz Kosmicznego Teleskopu Hubble’a do wykonania najbardziej precyzyjnego testu ogólnej teorii względności Einsteina poza Drogą Mleczną. Pobliska galaktyka ESO 325-G004 działa jako silna soczewka grawitacyjna, zaburzając światło od odległej galaktyki znajdującej się poza nią i wytwarza pierścień Einsteina wokół swojego centrum. Porównując masę ESO 325-G004 z objętością przestrzeni wokół niej, astronomowie sprawdzili, iż grawitacja w tych astronomicznych skalach długości zachowuje się zgodnie z przewidywaniami teorii względności. Wyklucza to niektóre alternatywne teorie grawitacji.
Korzystając z instrumentu MUSE na należącym do ESO teleskopie VLT, zespół kierowany przez Thomasa Colletta z University of Portsmouth w Wielkiej Brytanii po raz pierwszy obliczył masę ESO 325-G004 mierząc ruch gwiazd wewnątrz tej pobliskiej galaktyki eliptycznej.
- Użyliśmy danych z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile do zmierzenia jak szybko poruszają się gwiazdy w ESO 325-G004, a to pozwoliło nam wywnioskować jak dużo masy musi być w tej galaktyce, aby utrzymać gwiazdy na orbitach - powiedział Collett.
Dodatkowo naukowcy byli w stanie zmierzyć inny aspekt grawitacji. Korzystając z należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, obserwowali pierścień Einsteina pochodzący od światła z dalekiej galaktyki zaburzonego przez ESO 325-G004. Obserwacje pierścienia umożliwiły astronomom na zmierzenie, jak światło, a tym samym czasoprzestrzeń, jest zaburzane przez olbrzymią masę ESO 325-G004.
Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że obiekty deformują czasoprzestrzeń wokół nich, powodując iż światło, które przechodzi obok, jest uginane. Skutkiem tego jest zjawisko znane jako soczewkowanie grawitacyjne. Efekt jest zauważalny jedynie dla bardzo masywnych obiektów. Znanych jest kilkaset silnych soczewek grawitacyjnych, ale większość jest zbyt odległa, aby precyzyjnie wyznaczyć ich masę. Jednak galaktyka ESO 325-G004 jest jedna z najbliższych soczewek, w odległości zaledwie 450 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Collett kontynuuje:
- Znamy masę galaktyki dzięki MUSE oraz zmierzyliśmy stopień soczewkowania grawitacyjnego na podstawie danych z Hubble’a. Następnie porównaliśmy te dwa sposoby pomiary siły grawitacji - wynik okazał się dokładnie taki, jak przewiduje ogólna teoria względności, z błędem zaledwie 9 procent. Jest to jak dotąd najprecyzyjniejszy test ogólnej teorii względności poza Drogą Mleczną. I to wykorzystując tylko jedną galaktykę.
Ogólna teoria względności została przetestowana ze znakomitą precyzją w skalach Układu Słonecznego, ruchy gwiazd wokół czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej są przedmiotem szczegółowych badań, ale do tej pory nie było precyzyjnych testów w większych astronomicznych skalach. Testowanie szerokich własności grawitacji jest kluczowe do sprawdzenia naszego obecnego modelu kosmologicznego.
Uzyskane wyniki mogą mieć ważne znaczenie dla modeli grawitacji alternatywnych do ogólnej teorii względności. Te alternatywne teorie przewidują, że wpływ grawitacji na krzywiznę czasoprzestrzeni jest "zależny od skali". Oznacza to, że grawitacja powinna zachowywać się inaczej w różnych astronomicznych skalach długości, w stosunku do tego, jak zachowuje się w mniejszych skalach w Układzie Słonecznym. Collett i jego zespół ustalili, że jest to wysoce mało prawdopodobne, chyba że takie różnice zachodzą w skalach większych niż 6000 lat świetlnych.
- To niesamowite, że wszechświat dostarcza takich soczewek, których możemy używać jako laboratoriów. To także spora satysfakcja korzystać z najlepszych teleskopów na świecie do sprawdzenia Einsteina i ustalenia, jak bardzo miał rację - powiedział członek zespołu Bob Nichol z University of Portsmouth.
