Nowy test OTW w skali galaktycznej

Amerykański portal Sky & Telescope donosi o przeprowadzeniu najlepszego jak dotąd testu Ogólnej Teorii Względności w skali galaktycznej. Jego wyniki wykluczają niektóre (ale nie wszystkie) teorie zmodyfikowanej grawitacji.

Ogólna Teoria Względności opisująca nasze współczesne rozumienie grawitacji jako zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masę, została już wcześniej gruntownie przetestowana w naszym Układzie Słonecznym. Przeszła każdy z wymyślonych dla niej testów. Trudniej jest jednak z podobnymi tekstami w skali galaktyk - milionów lat świetlnych.

A właśnie te skale są istotne z punktu widzenia badań nad teoriami zmodyfikowanej grawitacji, które stanowią jedno z alternatywnych wyjaśnień istnienia ciemnej materii. Przewidują one, że grawitacja na dalekich odległościach kosmicznych i w lokalnym Układzie Słonecznym zachowuje się nieco inaczej. Niektóre takie testy w skali galaktycznej zostały już przeprowadzone, ale nie były wciąż wystarczająco silne, by całkowicie wykluczyć zmodyfikowaną grawitację.

Nowe badania wykonane przez Thomasa Colletta z University of Portsmouth i opublikowane w Science (preprint) pokazują jeden z takich testów. Przeprowadzono go przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i teleskopu VLT. Były to obserwacje soczewki grawitacyjnej związanej z pewną galaktyką. Światło z dawnej galaktyki gwiazdotwórczej, pochodzącej z epoki, gdy Wszechświat liczył sobie zaledwie 3 miliardy lat, przechodzi przez pobliską nam galaktykę, której masa powoduje powstanie efektu soczewki grawitacyjnej. W rezultacie optyczny obraz odległej galaktyki w tle zakrzywia się i wygląda niczym błękitny krąg.

Collett i jego współpracownicy obliczyli masę bliższej z galaktyk, którą można wydedukować z ruchów znajdujących się w niej gwiazd. Następnie zmierzyli zakrzywienie przestrzeni generowane przez każdą jednostkę masy tej galaktyki-soczewki. Masa galaktyki wynikająca z krzywizny czasoprzestrzeni okazała się dokładnie zgodna z jej masą mierzoną na bazie obserwacji gwiazd - co przewiduje klasyczna Ogólna Teoria Względności.

Na obrazku: porównanie dwóch metod pomiaru masy galaktyki ESO 325-G004. Źródło: ESA / Hubble / ESO / NASA

To być może najsolidniejszy jak dotychczas test OTW dla tej skali odległości. Z drugiej jednak strony podczas gdy wyklucza on niektóre alternatywne teorie grawitacji, istnieje wciąż jeszcze wiele innych, które pozostają w zgodzie z wykonanymi pomiarami. Innymi słowy: do pełnego odrzucenia idei zmodyfikowanej grawitacji nadal potrzebne są dalsze, dodatkowe testy.

W przeciwieństwie do wcześniejszych testów Teorii względności weryfikacja zespołu Colletta polegała w mniejszym stopniu na założeniach dotyczących natury pobliskiej galaktyki. Można zatem uważać, że opisywany test jest w dużej mierze wolny od systematycznych błędów i niepewności, które były problemem w przypadku poprzednich tego rodzaju badań.


Czytaj więcej:

 

Źródło: Sky&Telescope

Na zdjęciu powyżej: pobliska galaktyka ESO 325-G004 - fotografia utworzona na bazie danych zebranych przez Teleskop Hubble’a i instrument MUSE zainstalowany na teleskopie ESO VLT. We wstawce: pierścień Einsteina będący wynikiem zakrzywienia światła bardziej odległego obiektu przez soczewkę ESO 325-004, widoczny po odjęciu z obrazu światła na pierwszym planie.
Źródło: ESO / ESA / Hubble / NASA