Уилл Данэм
ВАШИНГТОН (Рейтер) — Ученые, работающие в международном сотрудничестве, отследили, как структура космоса росла за последние 11 миллиардов лет, предоставив самый точный на сегодняшний день тест того, как гравитация ведет себя в очень больших масштабах. И они обнаружили, что она действует так, как предсказал физик Альберт Эйнштейн в своей новаторской общей теории относительности 1915 года.
Результаты, объявленные во вторник, являются частью многолетнего исследования истории космоса, сосредоточенного на темной энергии, невидимой и загадочной силе, которая ускоряет продолжающееся расширение Вселенной. Исследователи использовали год наблюдений спектроскопического инструмента темной энергии (DESI) в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, который может улавливать свет от 5000 галактик одновременно.
Гравитация — одна из фундаментальных сил вселенной. Теория Эйнштейна связала пространство, время и гравитацию. Она утверждает, что концентрации массы и энергии искривляют структуру пространства-времени, влияя на движение всего, что проходит поблизости.
«Общая теория относительности Эйнштейна описывает движение массивных объектов в гравитационном поле, которое они создают. Это одна из самых успешных физических теорий, которые у нас есть. Однако открытие ускоряющейся Вселенной привело к предположениям о том, что, возможно, общую теорию относительности необходимо модифицировать», — сказал космолог Мичиганского университета Драган Хутерер, соруководитель рабочей группы, которая интерпретировала космологические данные DESI.
Однако новые результаты исследований DESI показали, что гравитация ведет себя именно так, как и предсказывал Эйнштейн.
Событие Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад дало начало Вселенной, и с тех пор она расширяется. Ученые в 1998 году раскрыли, что это расширение на самом деле ускоряется, и гипотетической причиной этого является темная энергия.
Новые открытия DESI были сосредоточены на росте того, что называется космической структурой, начиная с того времени, когда возраст Вселенной составлял около 20% от ее нынешнего возраста. Это относится к крупномасштабной организации материи, в которой галактики, скопления галактик и даже более крупные сверхскопления галактик не распределены беспорядочно во Вселенной, а скорее образуют космическую паутину — переплетенные сети нитей и стен — с огромными пустотами между ними.
Эта структура является результатом гравитационного притяжения материи во всем космосе.
Новый анализ был основан на наблюдениях DESI почти 6 миллионов галактик и их светящихся ядер, возраст которых составляет 11 миллиардов лет.
Ученые DESI в апреле представили самую большую трехмерную карту космоса и объявили о результатах, которые предполагают, что темная энергия может быть не неизменной силой, а скорее динамической, развивающейся со временем. Эти результаты были сосредоточены на конкретной особенности того, как галактики группируются. Новый анализ расширил область действия.
«Наши данные DESI показывают, что они согласуются с теорией гравитации Эйнштейна, но по-прежнему указывают на динамическую темную энергию, и их одновременное обнаружение является новым», — сказал астрофизик Мустафа Ишак-Бушаки из Техасского университета в Далласе, один из руководителей рабочей группы.
«Темная энергия, по-видимому, динамична и ослабевает. Это меняет будущее эволюции Вселенной, которая не должна вечно ускоряться в своем расширении», — добавил Ишак-Боушаки. «Уверенный намек на то, что темная энергия динамична, является самым важным открытием с момента открытия космического ускорения в 1998 году».
Содержимое Вселенной включает в себя обычную материю — звезды, планеты, газ, пыль и все привычные вещи на Земле, включая людей и попкорн, — а также темную материю, которая представляет собой невидимый материал, составляющий около 27% космоса, и темную энергию, которая может составлять 68% космоса.
«Темная энергия ответственна за ускоренное расширение Вселенной. Физическая природа темной энергии в настоящее время неизвестна», — сказал Хутерер.
Новые результаты, по-видимому, подтверждают текущую стандартную модель космологии, включающую общую теорию относительности.
«Проверка того, действительно ли стандартная модель является правильной, находится на переднем крае космологических исследований», — сказал Хутерер.
В сотрудничестве DESI задействовано более 900 исследователей из более чем 70 институтов по всему миру, под руководством Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Министерства энергетики США. Новое исследование было опубликовано в онлайн-репозитории arXiv до рецензирования.
(Репортаж Уилла Данэма, редактор Розальба О’Брайен)