Эйнштейн прав: астрономам впервые удалось точно проверить общую теорию относительности Эйнштейна для внегалактических расстояний. Таким образом, искривление пространства-времени из-за масс даже в больших масштабах находится в пределах нескольких процентов от предсказаний Эйнштейна. Это интересно, потому что отклонение может объяснить, среди прочего, почему Вселенная расширяется все быстрее, как сообщают исследователи в журнале «Science».
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна изменила наше представление о времени и пространстве и до сих пор составляет основу нашего физического мировоззрения. Пока что теория, которой более 100 лет, с честью прошла все проверки, будь то с точки зрения замедления времени, принципа эквивалентности или так называемой локальной позиционной инвариантности.
Гравитационное воздействие остается прежним?
Теория Эйнштейна также точно предсказывает, насколько масса будет искривлять пространство-время. В нашей Солнечной системе астрофизики уже проверили и подтвердили эту кривизну пространства-времени. Но в больших масштабах космоса, порядка миллиардов световых лет, менее ясно, был ли Эйнштейн прав. Во внегалактической области измерения до сих пор были точными в пределах 20-30 процентов.
Самое интересное в этом: пока неясно, почему сегодня Вселенная расширяется все быстрее и быстрее. Одним из объяснений может быть присутствие загадочной и ранее гипотетической Темной Энергии, которая действует как противник гравитации. Но есть также теории, согласно которым темной энергии не существует, а вместо этого эффект гравитации меняется в зависимости от масштаба - кривизна пространства-времени массы уменьшалась бы в больших масштабах.
Кольцо Эйнштейна как измерительный инструмент
Теперь Томасу Коллетту из Университета Портсмута и его коллегам предстоит впервые более точно измерить эйнштейновскую кривизну пространства во внегалактическом масштабе. Это стало возможным благодаря космической удаче: галактика ESO325-G004, находящаяся на расстоянии около 450 миллионов световых лет, столкнулась со второй, более далекой галактикой. Большая масса галактики переднего плана искривляет пространство-время и тем самым также искажает свет галактики заднего плана: образуется так называемое кольцо Эйнштейна.
Для астрономов этот эффект стал возможностью более точно, чем раньше, изучить теорию относительности Эйнштейна. Поскольку ESO325-G004 является одной из ближайших гравитационных линз на сегодняшний день, ее можно использовать для определения как массы галактики переднего плана, так и степени ее пространственной кривизны с относительно высоким разрешением. Исследователи определили массу ESO325 по движению звезд в галактике, а кривизну пространства по размеру кольца Эйнштейна.
Точность до девяти процентов
Результат: «Результат оказался именно таким, как предсказывала Общая теория относительности, с погрешностью всего девять процентов», - сообщает Коллетт. Они определили значение 0,978 для постоянной гаммы и, таким образом, значение, которое очень близко к значению 1, постулированному Эйнштейном. «На сегодняшний день это самая точная проверка общей теории относительности за пределами Млечного Пути», - сказал Коллетт.
Для космологии это означает: предсказание Эйнштейна о искривлении пространства, вызванном массами, кажется, остается верным даже в более крупных космических масштабах. Если есть большие отклонения, то они должны происходить на масштабах более 6000 световых лет. «Это исключает альтернативные гравитационные модели, которые уже предсказывают ускоренное расширение космоса с отклонениями гаммы=1 в галактических масштабах», - заявляют ученые.