Гравитационное линзирование далеких галактик скоплением галактик Abell 2390, наблюдаемое спутником Евклид. Изображение предоставлено: ЕКА/Евклид/Консорциум Евклида/НАСА, редактирование изображения Ж.-К. Кюйландр (CEA Париж-Сакле), Ж. Ансельми
Почему расширение нашей Вселенной ускоряется? Даже спустя 25 лет после открытия это явление остается одной из величайших научных загадок. Чтобы решить эту проблему, необходимо проверить фундаментальные законы физики, включая общую теорию относительности Альберта Эйнштейна.
Согласно теории Эйнштейна, Вселенная деформируется через материю, как большой гибкий лист. Эти деформации, вызванные гравитацией небесных тел, называются «источниками гравитации».
Когда свет проходит через эту неправильную структуру, его траектория изгибается через эти углубления, подобно эффекту стеклянной линзы. Однако в данном случае свет преломляется гравитацией, а не стеклом. Это явление известно как «гравитационное линзирование».
Его наблюдения дают представление о компонентах, истории и расширении Вселенной. Его первое измерение, проведенное во время солнечного затмения в 1919 году, подтвердило теорию Эйнштейна, которая предсказывала отклонение света в два раза большее, чем предсказывал Исаак Ньютон. Это различие возникает из-за введения Эйнштейном нового важного элемента: деформации времени в дополнение к деформации пространства для достижения точной кривизны света.
Действуют ли эти уравнения на краю Вселенной? Этот вопрос исследуется многими учёными, которые хотят количественно оценить плотность материи в космосе и понять ускорение её расширения. Используя данные «Обзора темной энергии» — проекта, который отображает формы сотен миллионов галактик — команды из университетов Женевы (UNIGE) и Тулузы III, Поль Сабатье дает новые идеи.
«До сих пор данные исследования темной энергии использовались для измерения распределения материи во Вселенной. В нашем исследовании мы использовали эти данные для непосредственного измерения искажения времени и пространства, что позволило нам сравнить наши результаты с предсказаниями Эйнштейна», — говорит Камилла Бонвен, доцент кафедры теоретической физики факультета естественных наук UNIGE. который руководил исследованием, опубликованным в журнале Nature Communications.
Небольшое отклонение
Данные Исследования темной энергии позволяют ученым заглянуть глубоко в космос и, таким образом, в далекое прошлое. Французско-швейцарская команда проанализировала 100 миллионов галактик в четырех разных точках истории Вселенной: 3,5, 5, 6 и 7 миллиардов лет назад. Эти измерения показали, как гравитационные колодцы развивались с течением времени, охватывая более половины истории космоса.
«Мы обнаружили, что глубина колодцев в далеком прошлом — 6 и 7 миллиардов лет назад — хорошо согласуется с предсказаниями Эйнштейна. Однако ближе к сегодняшнему дню, 3,5 и 5 миллиардов лет назад, они оказались немного более плоскими, чем предсказывал Эйнштейн», — говорит Исаак Тутусаус, помощник астронома Института исследований астрофизики и планетологии (IRAP/OMP) Университета Тулузы III – Пол Сабатье и ведущий автор исследования.
В это время, ближе к настоящему времени, расширение Вселенной также начало ускоряться. Следовательно, ответ на два явления — ускорение Вселенной и более медленный рост гравитационных ям — может быть одним и тем же: гравитация может действовать в больших масштабах по иным физическим законам, чем те, которые предсказал Эйнштейн.
Бросить вызов Эйнштейну?
«Наши результаты показывают, что предсказания Эйнштейна несовместимы с измерениями на уровне 3 сигм. Говоря языком физики, такой порог несовместимости вызывает наш интерес и требует дальнейшего исследования. Но на данный момент эта несовместимость недостаточно велика, чтобы свести на нет предсказания Эйнштейна». Теория: Для этого нам нужно достичь порога в 5 сигм.
«Поэтому необходимы более точные измерения, чтобы подтвердить или опровергнуть эти первоначальные результаты и выяснить, остается ли эта теория справедливой в нашей Вселенной на очень больших расстояниях», — говорит Настасья Гримм, постдокторант кафедры теоретической физики Университета UNIGE и Соавтор исследования.
Команда готовится проанализировать новые данные космического телескопа «Евклид», запущенного год назад. Поскольку Евклид наблюдает за Вселенной из космоса, его измерения гравитационного линзирования будут намного точнее. Кроме того, ожидается, что за шесть лет миссии можно будет наблюдать примерно 1,5 миллиарда галактик. Это позволит более точно измерить искажения пространства-времени, что позволит нам заглянуть глубже в прошлое и в конечном итоге проверить уравнения Эйнштейна.
Информация от: Женевским университетом
