Supercomputer viser, at Chameleon Theory kan ændre, hvordan vi tænker om tyngdekraften

Supercomputersimuleringer af galakser har vist, at Einsteins teori om generel relativitet måske ikke er den eneste måde at forklare, hvordan tyngdekraften fungerer, eller hvordan galakser dannes.

Fysikere ved Durham University, Storbritannien, simulerede kosmos ved hjælp af en alternativ model for tyngdekraft - f(R)-tyngdekraft, en såkaldt kamæleonteori.

De resulterende billeder produceret af simuleringen viser, at galakser som vores Mælkevej stadig kan dannes i universet selv med forskellige tyngdelove.

Resultaterne viser levedygtigheden af ​​kamæleonteori - såkaldt fordi den ændrer adfærd i overensstemmelse med omgivelserne - som et alternativ til generel relativitet til at forklare dannelsen af ​​strukturer i universet.

Forskningen kan også hjælpe med yderligere forståelse af mørk energi - det mystiske stof, der accelererer universets ekspansionshastighed.

Resultaterne er offentliggjort i Natur astronomi .

General Relativity blev udviklet af Albert Einstein i begyndelsen af ​​1900-tallet for at forklare gravitationseffekten af ​​store objekter i rummet, for eksempel at forklare Merkurs bane i solsystemet.

Det er grundlaget for moderne kosmologi, men spiller også en rolle i hverdagen, for eksempel ved beregning af GPS-positioner i smartphones.

Forskere ved allerede fra teoretiske beregninger, at kamæleonteorien kan reproducere succesen med generel relativitet i solsystemet.

Durham-holdet har nu vist, at denne teori tillader realistiske galakser som vores Mælkevej at dannes og kan skelnes fra generel relativitet på meget store kosmologiske skalaer.

Forskningens medleder forfatter Dr. Christian Arnold, i Durham University's Institute for Computational Cosmology, sagde:"Kamæleonteorien tillader, at tyngdelovene kan ændres, så vi kan teste virkningen af ​​ændringer i tyngdekraften på galaksedannelsen.

"Gennem vores simuleringer har vi for første gang vist, at selvom du ændrer tyngdekraften, det ville ikke forhindre skivegalakser med spiralarme i at dannes.

"Vores forskning betyder bestemt ikke, at generel relativitet er forkert, men det viser, at det ikke behøver at være den eneste måde at forklare tyngdekraftens rolle i universets udvikling."

Forskerne så på samspillet mellem tyngdekraften i kamæleonteorien og supermassive sorte huller, der sidder i centrum af galakser.

Sorte huller spiller en nøglerolle i galaksedannelsen, fordi den varme og det materiale, de udstøder, når de sluger omgivende stof, kan brænde den gas væk, der er nødvendig for at danne stjerner, effektivt at stoppe stjernedannelsen.

Mængden af ​​varme, der spys ud af sorte huller, ændres ved at ændre tyngdekraften, påvirker hvordan galakser dannes.

Imidlertid, de nye simuleringer viste, at selv om man tager højde for ændringen i tyngdekraften forårsaget af anvendelsen af ​​Chameleon Theory, galakser var stadig i stand til at dannes.

Generel relativitetsteori har også konsekvenser for forståelsen af ​​den accelererende udvidelse af universet.

Forskere mener, at denne udvidelse er drevet af mørk energi, og Durham-forskerne siger, at deres resultater kan være et lille skridt i retning af at forklare dette stofs egenskaber.

Forskningens medleder forfatter professor Baojiu Li, fra Durham University's Institute for Computational Cosmology, sagde:"I generel relativitet, videnskabsmænd redegør for den accelererede udvidelse af universet ved at introducere en mystisk form for stof kaldet mørk energi - hvis enkleste form kan være en kosmologisk konstant, hvis tæthed er en konstant i rum og tid.

"Imidlertid, alternativer til en kosmologisk konstant, som forklarer den accelererede ekspansion ved at ændre tyngdeloven, ligesom f(R) tyngdekraft, er også udbredt i betragtning af hvor lidt der er kendt om mørk energi."

Durham-forskerne forventer, at deres resultater kan testes gennem observationer ved hjælp af Square Kilometer Array (SKA)-teleskopet, baseret i Australien og Sydafrika, som skal begynde observationer i 2020.

SKA bliver verdens største radioteleskop og har til formål at udfordre Einsteins generelle relativitetsteori, se hvordan de første stjerner og galakser blev dannet efter Big Bang, og hjælpe videnskabsmænd med at forstå naturen eller den mørke energi.