Forskere hjælper med at sondere mørk energi ved at teste tyngdekraften

Kunne en af ​​astrofysikkens største gåder løses ved at omarbejde Albert Einsteins tyngdekraftsteori? En ny undersøgelse medforfattet af NASA-forskere siger ikke endnu.

Universet udvider sig med en accelererende hastighed, og forskerne ved ikke hvorfor. Dette fænomen ser ud til at modsige alt, hvad forskere forstår om tyngdekraftens effekt på kosmos:Det er, som om du kastede et æble i luften, og det fortsatte opad, hurtigere og hurtigere. Årsagen til accelerationen, kaldet mørk energi, forbliver et mysterium.

En ny undersøgelse fra den internationale Dark Energy Survey, der bruger Victor M. Blanco 4-meter-teleskopet i Chile, markerer den seneste indsats for at afgøre, om alt dette blot er en misforståelse:at forventninger til, hvordan tyngdekraften fungerer på skalaen af ​​hele universet er fejlbehæftede eller ufuldstændige. Denne potentielle misforståelse kan hjælpe videnskabsmænd med at forklare mørk energi. Men undersøgelsen – en af ​​de hidtil mest præcise test af Albert Einsteins teori om tyngdekraft på kosmiske skalaer – finder, at den nuværende forståelse stadig ser ud til at være korrekt.

Resultaterne, forfattet af en gruppe videnskabsmænd, der omfatter nogle fra NASA's Jet Propulsion Laboratory, blev præsenteret onsdag den 23. august på den internationale konference om partikelfysik og kosmologi (COSMO'22) i Rio de Janeiro. Værket er med til at sætte scenen for to kommende rumteleskoper, der vil undersøge vores forståelse af tyngdekraften med endnu højere præcision end den nye undersøgelse og måske endelig løse mysteriet.

For mere end et århundrede siden udviklede Albert Einstein sin teori om generel relativitet til at beskrive tyngdekraften, og indtil videre har den præcist forudsagt alt fra Merkurs kredsløb til eksistensen af ​​sorte huller. Men hvis denne teori ikke kan forklare mørk energi, har nogle videnskabsmænd hævdet, så er de måske nødt til at ændre nogle af dens ligninger eller tilføje nye komponenter.

For at finde ud af, om det er tilfældet, ledte medlemmer af Dark Energy Survey efter beviser for, at tyngdekraftens styrke har varieret gennem universets historie eller over kosmiske afstande. Et positivt fund tyder på, at Einsteins teori er ufuldstændig, hvilket kan hjælpe med at forklare universets accelererende udvidelse. De undersøgte også data fra andre teleskoper ud over Blanco, herunder ESA (European Space Agency) Planck-satellitten, og nåede frem til samme konklusion.

Undersøgelsen finder, at Einsteins teori stadig virker. Så ingen forklaring på mørk energi endnu. Men denne forskning vil indgå i to kommende missioner:ESA's Euclid-mission, der er planlagt til opsendelse tidligst i 2023, som har bidrag fra NASA; og NASA's Nancy Grace Roman Space Telescope, målrettet til opsendelse senest i maj 2027. Begge teleskoper vil søge efter ændringer i tyngdekraften over tid eller afstand.

sløret syn

Hvordan ved forskerne, hvad der skete i universets fortid? Ved at se på fjerne objekter. Et lysår er et mål for den afstand, lys kan rejse på et år (ca. 6 billioner miles eller omkring 9,5 billioner kilometer). Det betyder, at et objekt et lysår væk ser ud for os, som det var for et år siden, da lyset første gang forlod objektet. Og galakser milliarder af lysår væk dukker op for os, som de gjorde for milliarder af år siden. Den nye undersøgelse kiggede på galakser, der strækker sig tilbage omkring 5 milliarder år i fortiden. Euklid vil se 8 milliarder år ind i fortiden, og Roman vil se 11 milliarder år tilbage.

Galakserne i sig selv afslører ikke tyngdekraftens styrke, men hvordan de ser ud, når de ses fra Jorden. Det meste stof i vores univers er mørkt stof, som ikke udsender, reflekterer eller på anden måde interagerer med lys. Selvom forskerne ikke ved, hvad det er lavet af, ved de, at det er der, fordi dets tyngdekraft giver det væk:Store reservoirer af mørkt stof i vores univers fordrejer selve rummet. Når lyset bevæger sig gennem rummet, møder det disse dele af det skæve rum, hvilket får billeder af fjerne galakser til at virke buede eller udtværede. Dette blev vist på et af de første billeder frigivet fra NASAs James Webb-rumteleskop.

Dark Energy Survey-forskere søger galaksebilleder for mere subtile forvrængninger på grund af mørkt stof, der bøjer rummet, en effekt kaldet svag gravitationslinser. Tyngdekraften bestemmer størrelsen og fordelingen af ​​mørke stofstrukturer, og størrelsen og fordelingen bestemmer igen, hvor skæve disse galakser ser ud for os. Det er sådan, billeder kan afsløre tyngdekraften i forskellige afstande fra Jorden og fjerne tider gennem universets historie. Gruppen har nu målt formerne på over 100 millioner galakser, og indtil videre matcher observationerne, hvad der er forudsagt af Einsteins teori.

"Der er stadig plads til at udfordre Einsteins teori om tyngdekraften, da målingerne bliver mere og mere præcise," sagde studiets medforfatter Agnès Ferté, der udførte forskningen som postdoc-forsker ved JPL. "Men vi har stadig så meget at gøre, før vi er klar til Euclid og Roman. Så det er vigtigt, at vi fortsætter med at samarbejde med videnskabsmænd rundt om i verden om dette problem, som vi har gjort med Dark Energy Survey." + Udforsk yderligere

NASAs romerske mission vil teste konkurrerende kosmiske accelerationsteorier