Ткань пространства и времени не свободна от воздействия гравитации. Бросаем массу, и пространство-время искривляется вокруг нее, что не сильно отличается от того, что происходит, когда вы кладете шар для боулинга на батут.
Эта ямка в пространстве-времени является результатом того, что мы называем гравитационным колодцем, и она была впервые описана более 100 лет назад уравнениями поля Альберта Эйнштейна в его общей теории относительности . По сей день эти уравнения держатся. Мы бы очень хотели узнать, что Эйнштейн клал в свой суп . Что бы это ни было, общая теория относительности осталась довольно прочной.
Один из способов узнать это заключается в том, что когда свет движется по этому искривленному пространству-времени, он искривляется вместе с ним. Это приводит к тому, что свет, который достигает нас, искривлен, растянут, реплицирован и увеличен, явление, известное как гравитационное линзирование. Эта причуда пространства-времени не только наблюдаема и измерима, она является прекрасным инструментом для понимания Вселенной .
Но группа исследователей только что обнаружила, что предсказанная кривизна пространства-времени, рассчитанная с использованием теории относительности, не всегда полностью совпадает с тем, что мы наблюдаем, используя данные
Dark Energy Survey, который в настоящее время картирует сотни миллионов галактик по всему космосу. Это не означает, что что-то сломано, но это предполагает, что где-то может быть что-то, что мы не учли.
«До сих пор данные Dark Energy Survey использовались для измерения распределения материи во Вселенной», — объясняет физик Камиль Бонвен из Женевского университета в Швейцарии. «В нашем исследовании мы использовали эти данные для непосредственного измерения искажения времени и пространства, что позволило нам сравнить наши выводы с предсказаниями Эйнштейна».
Dark Energy Survey — это международное сотрудничество, в котором используется мощный оптический инструмент, установленный на 4-метровом телескопе Victor M. Blanco в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. Его главная миссия, как следует из названия, заключается в изучении темной энергии, таинственной силы, которая движет ускоряющимся расширением Вселенной .
Для этого инструмент исследовал Вселенную настолько глубоко, насколько это было возможно. Это означает, что он видит свет в различных эпохах, заглядывая в глубь истории Вселенной, в галактики, свет которых путешествовал миллиарды лет, чтобы достичь нас.
Под руководством астронома Исаака Тутусауса из Тулузского университета во Франции группа исследователей поняла, что они могут использовать это богатство данных для проверки предсказательной силы физического описания Вселенной Эйнштейном. Они специально измерили искажения пространства-времени из-за гравитационных колодцев в четыре различные эпохи: приблизительно 3,5 миллиарда лет назад, 5 миллиардов лет назад, 6 миллиардов лет назад и 7 миллиардов лет назад.
Затем они сравнили эти измерения с тем, что предсказывают уравнения Эйнштейна. Интересно, что некоторые из измерений точно совпали с предсказаниями, но не все.
«Мы обнаружили, что в далеком прошлом — 6 и 7 миллиардов лет назад — глубина колодцев хорошо согласуется с предсказаниями Эйнштейна», — объясняет Тутусаус . «Однако ближе к сегодняшнему дню, 3,5 и 5 миллиардов лет назад, они немного мельче, чем предсказывал Эйнштейн».
Расхождение небольшое, но оно может быть важным. Это может означать, например, что гравитационные колодцы имеют более медленный темп роста в последнее время во Вселенной. Кроме того, измерения расширения пространства-времени предполагают, что рост Вселенной ускоряется, и ускорился еще больше в недавнем прошлом.
Таким образом, это расхождение может указывать на связь между ускорением Вселенной, вызванным темной энергией, и медленным ростом гравитационных ям в ту же эпоху. Необходимо будет провести больше наблюдений, чтобы подтвердить и дополнить выводы команды.
«Наши результаты показывают, что предсказания Эйнштейна имеют несовместимость в 3 сигма с измерениями. На языке физики такой порог несовместимости вызывает наш интерес и требует дальнейших исследований», — говорит физик Натассия Гримм из Женевского университета.
«Но эта несовместимость на данном этапе недостаточно велика, чтобы опровергнуть теорию Эйнштейна. Чтобы это произошло, нам нужно достичь порога в 5 сигм. Поэтому крайне важно провести более точные измерения, чтобы подтвердить или опровергнуть эти первоначальные результаты и выяснить, остается ли эта теория справедливой в нашей Вселенной на очень больших расстояниях».
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications .