Сопоставив данные из «Обзора тёмной энергии» о гравитационных колодцах и предсказания общей теории относительности Эйнштейна, исследователи выявили незначительное расхождение, которое меняется в зависимости от времени. Анализ показал, что эти колодцы несколько меньше, чем предсказывает теория для далёких космических объектов, наблюдаемых в период от 3,5 до 5 миллиардов лет назад. Полученные результаты свидетельствуют о возможности различий в проявлении гравитации на разных космических расстояниях, что может вызвать вопросы относительно достоверности предсказаний Эйнштейна.
Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что гравитация способна деформировать пространство-время, подобно тому, как груз прогибает упругую поверхность батута. Эта деформация, вызванная гравитационным притяжением космических тел, получила название «гравитационный колодец». Свет отклоняется от прямолинейной траектории при прохождении через такой колодец – это явление известно как «гравитационное линзирование».
Впервые теория была сформулирована в 1919 году, во время наблюдения солнечного затмения. Она предсказала, что свет отклоняется в два раза сильнее, чем это предполагает теория гравитации Ньютона. Эта разница связана с тем, что, в отличие от ньютоновской теории, Эйнштейн учел не только гравитационное искривление пространства, но и деформацию времени, что позволило точно определить скорость отклонения света.
Теория Эйнштейна оказала значительное влияние на формирование космологических моделей, включая модель согласия или Λ CDM, которая описывает Большой взрыв и ускоряющееся расширение Вселенной. Данная модель исходит из предположения, что общая теория относительности адекватно описывает гравитацию на всех космологических масштабах. Тем не менее, эта гипотеза вызывает дискуссии, и многие физики полагают, что эти уравнения могут быть неточными на больших космологических расстояниях.
Для изучения данного вопроса исследователи из Женевского университета (UNIGE) и Университета Тулузы III-Поля Сабатье предложили новый подход, основанный на прямых измерениях и не зависящий от какой-либо теоретической модели. В рамках проекта «Обзора тёмной энергии» они сопоставили гравитационные данные с предсказаниями теории относительности Эйнштейна. « Обзор темной энергии ранее применялся для определения распределения материи во Вселенной. В ходе нашего исследования мы использовали эти данные для непосредственного измерения искажений времени и пространства, что дало возможность сравнить полученные результаты с предсказаниями, сделанными Эйнштейном », — пояснила Камилла Бонвин з UNIGE, яка очолювала дослідження, зазначається в прес-реліз.
Временной интервал, соответствующий ускоренному расширению Вселенной
Программа исследования темной энергии — международный проект, использующий высокочувствительный оптический детектор телескопа Виктора М. Бланко, расположенного в обсерватории Серро-Тололо в Чили. В соответствии с названием, ее основная задача – изучение темной энергии, гипотетической силы, предположительно вызывающей ускоренное расширение Вселенной. Для достижения этой цели в рамках проекта осуществляется картирование формы и распределения сотен миллионов галактик на огромных космологических масштабах, позволяющее изучать ранние этапы развития Вселенной Вселенной.
Для проверки данной гипотезы исследователи изучили данные о 100 миллионах галактик, относящихся к четырем различным периодам эволюции Вселенной: 3,5, 5, 6 и 7 миллиардов лет назад. О результатах этих измерений, опубликованных в журнале , эти изображения демонстрируют, как менялись гравитационные колодцы на протяжении времени, и охватывают значительную часть периода существования Вселенной. Полученные данные были сопоставлены с результатами, полученными на основе предсказаний общей теории относительности.
Исследователи выявили небольшое расхождение между двумя наборами данных, которое зависит от космического периода. В отдалённом прошлом, 6 и 7 миллиардов лет назад, глубина гравитационных колодцев соответствовала значениям, предсказанным Эйнштейном. Однако в период между 3,5 и 5 миллиардами лет назад наблюдалось, что они были менее глубокими, чем обычно предсказывает общая теория относительности.
Этот период совпадает с началом ускорения расширения Вселенной. Это позволяет предположить, что замедление темпов роста гравитационных колодцев и ускорение расширения Вселенной могут быть взаимосвязаны и обусловлены процессами, происходящими на больших космических масштабах гравитация действует не так, как предсказывал Эйнштейн. Другими словами, эти результаты требуют пересмотра общей теории относительности для объяснения явлений космического масштаба.
Незначительные расхождения не ставят под сомнение справедливость теории относительности Эйнштейна
Разница в совместимости двух наборов данных, полученных 3,5 и 5 миллиардов лет назад, оценивается в 3 сигмы. « С точки зрения физики, именно этот уровень несовместимости представляет интерес и нуждается в дополнительных исследованиях », — отмечает Настасья Гримм, сотрудник UNIGE и один из авторов данной работы.
Несмотря на это расхождение, оно недостаточно значительно, чтобы полностью дискредитировать теорию Эйнштейна. Для этого требуется достичь или превысить уровень в 5 сигм. « Для подтверждения или опровержения полученных данных и определения, сохраняет ли эта теория свою значимость при рассмотрении огромных космических масштабов, необходимо выполнить более точные измерения », — объясняет Гримм.
Команда намерена продолжить исследование своей гипотезы, изучив новые данные, полученные из космоса телескопа «Евклид», это позволит получить более точные измерения кривизны пространства-времени. В рамках миссии планируется наблюдать приблизительно 1,5 миллиарда галактик, что даст возможность заглянуть в более отдаленные эпохи прошлого.