Przeszukiwanie galaktyk w poszukiwaniu luk w teorii względności Einsteina
Ogólna teoria względności Einsteina wyjaśnia naturę grawitacji, doskonale opisując ruch ciał niebieskich w Układzie Słonecznym. Mimo to nie wyjaśnia zachowania galaktyk, przy założeniu, że nie są połączone przez oddziaływania niewidzialnej masy zwanej ciemną materią. Nie pozwala również wyjaśnić przyspieszającego rozszerzania się Wszechświata bez odwoływania się do obecności ciemnej energii. Pochodzenie obu ciemnych tworów we Wszechświecie pozostaje nieznane. „Podstawy fizyki opisują tylko niewielką część wszechświata”, mówi Catherine Heymans, koordynatorka projektu. Finansowany ze środków UE projekt GLOBE „skupiał się na wykorzystaniu danych pozyskanych z użyciem najnowocześniejszych technologii, aby zbadać, czy dzięki stworzeniu nowego modelu grawitacji, który odbiega od teorii Einsteina, uda się w przekonujący sposób wyjaśnić zjawiska zachodzące w ciemnym Wszechświecie”.
Niekompletna teoria
Jak mówi Heymans, wcześniej uznano by to za herezję. Mimo dziesięcioleci poszukiwań nikt jeszcze nie znalazł cząstek ciemnej materii, ani w eksperymentach z użyciem superzderzaczy, ani przy użyciu detektorów z ciekłym ksenonem. Równie trudne, jeśli nie trudniejsze do wyjaśnienia jest pochodzenie ciemnej energii, dlatego astrofizycy, w tym Heymans, przypuszczają, że teoria grawitacji Einsteina może być niekompletna. „To najdokładniej sprawdzona teoria na Ziemi. Nawigacja satelitarna nie działałaby, gdyby była błędna”, dodaje Heymans. „Ale Ziemia to specyficzna przestrzeń. Większość wszechświata stanowi próżnia, pomiędzy galaktykami istnieją ogromne puste obszary i możliwe, że grawitacja działa tam inaczej”. Koordynowany przez Heymans zespół z Uniwersytetu Edynburskiego przyjął dwutorowe podejście, aby podważyć obowiązującą teorię grawitacji. Większość danych uzyskano w Europejskim Obserwatorium Południowym przy użyciu teleskopu badawczego VST, który znajduje się w Paranal w Chile. Przeprowadzenie pomiarów z użyciem Kilo-Degree Survey (KiDS) uznano za tak ważne, że obserwacje te miały pierwszeństwo, gdy tylko pojawiały się idealne warunki pogodowe. Dzięki KiDS odwzorowano jedną piątą nieba w widmie widzialnym, od światła niebieskiego do bliskiej podczerwieni, i zbadano galaktyki oddalone nawet o 10 miliardów lat świetlnych. Zespół projektu GLOBE szukał śladów zniekształcenia światła przez anomalie grawitacyjne na jego drodze ku Ziemi. „Przyjrzeliśmy się 30 milionom galaktyk i wykorzystaliśmy te dane do ustalenia, gdzie znajduje się ciemna materia w naszym Wszechświecie”, mówi Heymans. „Możemy wykorzystać te dane do bezpośredniego sprawdzenia teorii Einsteina opisującej to, jak masa zakrzywia czas i przestrzeń”. Dane te zostały połączone z drugim zbiorem danych, który odwzorowuje ruch galaktyk w przestrzeniach wypełnionych ciemną materią.
Części wspólne
Zespół potwierdził, że zebrane dane pokrywają się z prognozami Einsteina. „Doszliśmy do wniosku, że bardzo trudno jest podważyć teorię Einsteina. Jeśli ciemna materia i ciemna energia istnieją, ogólna względność znajduje odniesienie do całego Wszechświata”, mówi Heymans. Badaczka dodaje jednak, że należy kontynuować badania. „Łatwiej obala się teorie, niż je udowadnia”. W realizacji zaplanowanych działań pomoże nowy teleskop o średnicy 8,4 m, który stanie w obserwatorium Vera Rubin w Chile. W ciągu kilku tygodni naukowcy będą w stanie zgromadzić tyle danych, ile zebrano w ramach projektu GLOBE w ciągu 7 lat. Przy budowie tego znacznie potężniejszego teleskopu wykorzystywana jest metodologia i techniki opracowane w ramach projektu. „Przy naszym obecnym rozumieniu fizyki niemożliwe jest opisanie ciemnej energii oraz ciemnej materii, a to oznacza, że przed nami jeszcze dużo do odkrycia”, podsumowuje Heymans. „Wielu uważa, że aby w końcu je zrozumieć, potrzebujemy rewolucji w fizyce”.
Słowa kluczowe
GLOBE, teoria względności, Einstein, grawitacja, energia, ciemna materia, galaktyki