Нове відкриття гравітації знову доводить правоту Ейнштейна

Починаючи з найдрібніших коливань після Великого вибуху, гравітація організувала формування галактик, зірок і планет, утворивши величезну космічну мережу, яку ми бачимо сьогодні. Гравітація — це не лише те, що тримає нас на землі — вона формувала Всесвіт із перших днів його існування. Останні дослідження забезпечили найточніші випробування гравітації в найбільших масштабах, які тільки можна уявити.

Досліджуючи, як космічні структури виросли за останні 11 мільярдів років, вчені підтвердили, що гравітація поводиться, так само як передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна, навіть через мільярди світлових років.

DESI відстежує гравітацію протягом 11 мільярдів років

Полін Заррук, космолог Французького національного центру наукових досліджень (CNRS, яка працює в Лабораторії ядерної фізики та фізики високих енергій (LPNHE), досліджувала цю космічну еволюцію.

У співпраці з міжнародною командою, що стоїть за інструментом спектроскопії темної енергії (DESI), Заррук та її колеги простежили, як космічні структури виростали за останні 11 мільярдів років. Використовуючи дані DESI, дослідники провели найточніший на сьогодні тест гравітації в найбільших масштабах.

«Загальну теорію відносності було дуже добре перевірено в масштабі сонячних систем, але нам також потрібно було перевірити, чи працює наше припущення в набагато більших масштабах», — пояснив Заррук. «Вивчення швидкості формування галактик дозволяє нам безпосередньо перевірити наші теорії, і поки що ми відповідаємо прогнозам загальної теорії відносності в космологічних масштабах».

Ейнштейн посміхається з могили

Їхні висновки підтверджують, що гравітація поводиться так, як передбачає загальна теорія відносності Ейнштейна, навіть на величезних відстанях Всесвіту. Це підтвердження підтверджує нашу провідну модель космосу та звужує альтернативні теорії гравітації, які були запропоновані для пояснення загадкових спостережень, таких як прискорене розширення Всесвіту, яке часто приписують темній енергії.

Дослідження також проливає світло на нейтрино — невловимі частинки, які летять у космосі майже непоміченими.

Попередні експерименти встановили, що сукупна маса трьох типів нейтрино повинна становити щонайменше 0,059 електрон-вольт (еВ/c²). Для перспективи електрон має масу приблизно 511 000 еВ/c². Результати DESI свідчать про те, що загальна маса нейтрино має бути меншою за 0,071 еВ/c², що посилює обмеження на ці таємничі частинки.

DESI, гравітація та космічна структура

«Як наші результати BAO, так і аналіз повної форми є вражаючими», — сказав Драган Хутерер, професор Мічиганського університету та один із керівників групи DESI, яка інтерпретує космологічні дані. «Це перший раз, коли DESI подивився на зростання космічної структури. Ми демонструємо надзвичайну нову здатність досліджувати модифіковану гравітацію та покращувати обмеження на моделях темної енергії. І це лише верхівка айсберга».

DESI — це не звичайний телескоп. Встановлений на 4-метровому телескопі Ніколаса У. Мейолла в Національній обсерваторії Кітт-Пік, він здатний вловлювати світло від 5000 галактик одночасно. Проект, який фінансується Управлінням науки Міністерства енергетики, триває вже четвертий рік дослідження неба, і до його завершення він має на меті зібрати дані про приблизно 40 мільйонів галактик і квазарів.

Випробування гравітації в космічних масштабах має вирішальне значення. Хоча теорія Ейнштейна пройшла всі перевірки в нашій Сонячній системі, завжди існує ймовірність того, що вона може поводитися по-різному в просторах космосу. Підтвердивши, що гравітація діє належним чином протягом мільярдів світлових років, науковці можуть бути більш впевненими у своїх моделях еволюції Всесвіту.

Інтерпретація даних DESI

Доктор Мустафа Ішак-Бушакі , професор фізики Школи  природничих наук і математики  Університету Далласа, очолив робочу групу DESI, яка інтерпретувала космологічні дані.

«Для цього раунду результатів DESI я зосередив свої зусилля в UT Dallas на проведенні значної частини аналізу гравітації, яка накладає обмеження на те, як рухається матерія у Всесвіті та як еволюціонують великомасштабні структури, такі як скупчення галактик», — пояснив Ішак-Бушакі.

«Результати DESI в поєднанні з наборами даних з інших експериментів узгоджуються із загальною теорією відносності, що працює в космічних масштабах, хоча вони повністю не виключають інші теорії модифікованої гравітації».

Нові результати надають розширений аналіз  даних DESI за перший рік, які у квітні допомогли створити найбільшу на сьогодні 3D-карту Всесвіту та виявили натяки на те, що  темна енергія може розвиватися  з часом.

«Останній аналіз також узгоджується з нашими попередніми відкриттями, які віддають перевагу теорії про те, що темна енергія не постійна, а динамічна, що є дуже важливим результатом для космічного прискорення», — сказав Ішак-Бушакі.

Як це сталося?

Співпраця зараз аналізує дані за перші три роки та очікує представити оновлені вимірювання темної енергії та історію розширення Всесвіту до весни 2025 року. Останні результати збігаються з попередніми натяками на те, що темна енергія може розвиватися з часом, додаючи хвилювання щодо того, що має відбутися.

«Темна матерія становить приблизно чверть Всесвіту, а темна енергія — ще 70 відсотків, і ми насправді не знаємо, що це таке», — сказав Марк Маус, аспірант лабораторії Берклі та Каліфорнійського університету в Берклі. теорія та конвеєри моделювання перевірки для нового аналізу.

«Ідея про те, що ми можемо сфотографувати Всесвіт і вирішити ці великі, фундаментальні питання, приголомшлива». У дослідженні було використано майже 6 мільйонів галактик і квазарів, що дозволило дослідникам зазирнути на 11 мільярдів років у минуле.

Що далі для DESI та гравітації?

Підводячи підсумок, за допомогою даних лише за один рік DESI зробив найточніший загальний вимір зростання космічних структур, перевершивши попередні зусилля, які тривали десятиліттями. Проект DESI вирізняється не лише своїми технологічними можливостями, але й духом співпраці.

Понад 900 дослідників із понад 70 установ по всьому світу є свідченням того, чого можна досягти, коли світова наукова спільнота об’єднується. Поки ми очікуємо наступного раунду результатів, ми не можемо не запитатися: які ще таємниці Всесвіту чекають свого розкриття? Пошуки розуміння гравітації, темної матерії та темної енергії тривають, і кожне нове відкриття наближає нас до розгадки таємниць космосу.