Nejlepší test obecné relativity na stupnicích Galaxy

Astronomové dosud provedli nejlepší test obecné relativity v galaxii a vylučuje některé (ale ne všechny) teorie modifikované gravitace.

Obecná relativita, která popisuje naše moderní chápání gravitace jako zakřivení, které hmota indukuje při časoprostoru, byla v naší sluneční soustavě rozsáhle testována. Každou z těchto zkoušek absolvoval s létajícími barvami.

Na stupnici tisíců nebo milionů světelných let však existuje méně testů. Právě tyto stupnice jsou relevantní pro teorie modifikované gravitace, které poskytují alternativu k existenci temné hmoty. Předpovídají, že gravitace se na velké vzdálenosti chová jinak, než v naší sluneční soustavě. Přestože byly provedeny některé testy na galaktických stupnicích, nebyly dostatečně robustní, aby vyloučily modifikovanou gravitaci.

Studie vedená Thomasem Collettem (University of Portsmouth, UK) v 22. června Science (předtisk zde k dispozici) poskytla takový test pomocí Hubbleovho vesmírného dalekohledu a pozorování velmi velkého dalekohledu galaxie s čočkami. Světlo z hvězdotvorné galaxie ve vesmíru staré jen 3 miliardy let prošlo blízkou galaxií, jejíž gravitace působila jako čočka, a ohnula světlo pozadí galaxie do modrého kruhu.

Obrázek blízké galaxie ESO 325-G004, vytvořené pomocí dat shromážděných Hubbleovým vesmírným teleskopem NASA / ESA a přístroje MUSE na velmi velkém dalekohledu ESO. Vložka ukazuje Einsteinův prsten, který je výsledkem zkreslení světla ze vzdálenějšího zdroje zasažením čočky ESO 325-004, který se stane viditelným po odečtení světla v popředí.
ESO / ESA / Hubble / NASA

Collett a kolegové nejprve spočítali hmotnost zasahující galaxie měřením pohybů hvězd v ní. Poté změřili prostorové zakřivení generované každou hmotností jednotky zasahující galaxie. Hmota odvozená z křivosti časoprostoru je přesně v souladu s hmotou měřenou hvězdami, přesně podle předpovědí obecné relativity.

Na rozdíl od předchozích testů relativity na objektivu se Collettův tým méně spoléhal na předpoklady o povaze zasahující galaxie. Tento test je tedy relativně prostý systematických nejistot, které trápily předchozí studie.

Tento infographic porovnává dvě metody použité k měření hmotnosti galaxie ESO 325-G004.
ESA / Hubble / ESO / NASA

Lucas Lombriser (Ženevská univerzita), který se studie nezúčastnil, nazývá měření „nejrobustnějším testem gravitace tohoto typu a na těchto délkových stupnicích dodnes.“

„Nicméně, “ dodává, „zatímco tato nová zkouška vylučuje některé alternativní teorie gravitace, existuje mnoho dalších, které zůstávají kompatibilní s měřením.“ Zatímco tato studie omezovala jakékoli změny gravitace na stupních méně než 6 500 světelných let, další testy bude stále potřeba vyloučit modifikovanou gravitaci obecně.