Einsteins beskrivelse af tyngdekraften blev bare meget sværere at slå

Einsteins generelle relativitetsteori - ideen om, at tyngdekraften er stof, der forvrider rumtiden - har modstået over 100 års undersøgelser og test, inklusive den nyeste test fra Event Horizon Telescope-samarbejdet, udgivet i dag i det seneste nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Ifølge resultaterne Einsteins teori er lige blevet 500 gange sværere at slå.

På trods af sine succeser, Einsteins robuste teori forbliver matematisk uforenelig med kvantemekanik, den videnskabelige forståelse af den subatomære verden. At teste generel relativitet er vigtigt, fordi den ultimative teori om universet skal omfatte både tyngdekraft og kvantemekanik.

"Vi forventer, at en komplet teori om tyngdekraften er forskellig fra den generelle relativitetsteori, men der er mange måder man kan ændre det på. Vi fandt ud af, at uanset hvad den rigtige teori er, det kan ikke være væsentligt forskelligt fra almen relativitetsteori, når det kommer til sorte huller. Vi har virkelig presset pladsen ned af mulige ændringer, " sagde UArizona astrofysikprofessor Dimitrios Psaltis, som indtil for nylig var projektforsker i Event Horizon Telescope-samarbejdet. Psaltis er hovedforfatter på et nyt papir, der beskriver forskernes resultater.

"Dette er en helt ny måde at teste generel relativitet ved hjælp af supermassive sorte huller, " sagde Keiichi Asada, et medlem af EHT videnskabsråd og en ekspert i radioobservationer af sorte huller for Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics.

For at udføre testen, holdet brugte det første billede nogensinde taget af det supermassive sorte hul i midten af ​​den nærliggende galakse M87, der blev taget med EHT sidste år. De første resultater havde vist, at størrelsen af ​​sorthulsskyggen var i overensstemmelse med størrelsen forudsagt af den generelle relativitetsteori.

"På det tidspunkt, Vi var ikke i stand til at stille det modsatte spørgsmål:Hvor forskellig kan en gravitationsteori være fra generel relativitetsteori og stadig være i overensstemmelse med skyggestørrelsen?" sagde UArizona Steward Theory Fellow Pierre Christian. "Vi spekulerede på, om der var noget, vi kunne gøre med disse observationer for at fjerne nogle af alternativerne."

Holdet lavede en meget bred analyse af mange modifikationer af teorien om generel relativitet for at identificere det unikke kendetegn ved en teori om tyngdekraft, der bestemmer størrelsen af ​​et sort huls skygge.

"På denne måde vi kan nu finde ud af, om et alternativ til generel relativitetsteori er i overensstemmelse med observationerne fra Event Horizon Telescope, uden at bekymre dig om andre detaljer, " sagde Lia Medeiros, en postdoc ved Institute for Advanced Study, der har været en del af EHT-samarbejdet siden sin tid som UArizona-kandidatstuderende.

Holdet fokuserede på rækken af ​​alternativer, der havde bestået alle de tidligere test i solsystemet.

"Ved at bruge den måler, vi udviklede, vi viste, at den målte størrelse af det sorte huls skygge i M87 strammer slingrerummet for modifikationer af Einsteins generelle relativitetsteori med næsten en faktor 500, sammenlignet med tidligere test i solsystemet, " sagde UArizona astrofysikprofessor Feryal Özel, et højtstående medlem af EHT-samarbejdet. "Mange måder at ændre generel relativitet på mislykkes ved denne nye og strammere sorte huls skyggetest."

"Billeder med sorte huller giver en helt ny vinkel til at teste Einsteins generelle relativitetsteori, sagde Michael Kramer, direktør for Max Planck Institute for Radio Astronomy og EHT-samarbejdsmedlem.

"Sammen med gravitationsbølgeobservationer, dette markerer begyndelsen på en ny æra inden for sorte huls astrofysik, " sagde Psaltis.

At teste tyngdekraftsteorien er en igangværende søgen:Er de generelle relativitetsforudsigelser for forskellige astrofysiske objekter gode nok til, at astrofysikere ikke bekymrer sig om eventuelle potentielle forskelle eller modifikationer af den generelle relativitetsteori?

"Vi siger altid, at generel relativitet bestod alle prøver med glans - hvis jeg havde en skilling for hver gang, jeg hørte det, " sagde Özel. "Men det er sandt, når du laver bestemte tests, du kan ikke se, at resultaterne afviger fra, hvad almen relativitet forudsiger. Det vi siger er, at selvom alt det er korrekt, for første gang har vi en anden måler, hvormed vi kan lave en test, der er 500 gange bedre, og den måler er skyggestørrelsen af ​​et sort hul."

Næste, EHT-teamet forventer billeder med højere kvalitet, som vil blive optaget af det udvidede udvalg af teleskoper, som omfatter Grønlands Teleskop, det 12 meter lange teleskop på Kitt Peak nær Tucson, og Northern Extended Millimeter Array Observatory i Frankrig.

"Når vi får et billede af det sorte hul i centrum af vores egen galakse, så kan vi begrænse afvigelser fra den generelle relativitetsteori endnu mere, " sagde Özel.

Vil Einstein stadig have ret, derefter?