Úspěch s novou teorií gravitace

Z nové studie, počítačem simulovaný obraz galaxie, při pohledu ze strany. Vpravo v červeno-modré barvě vidíte hustotu plynu na disku galaxie a hvězdy jsou zobrazeny jako světlé tečky. Vlevo vidíte změny síly v plynu uvnitř disku, kde tmavé centrální oblasti odpovídají standardním silám podobným obecné relativitě a jasně žluté oblasti odpovídají zvýšeným (modifikovaným silám). Obrázky přes Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University.

Od počátku 20. století dominovala Einsteinova teorie gravitace - zvaná obecná teorie relativity - teorie a výpočty kosmologů, kteří vysvětlují fungování našeho vesmíru jako celku. Obecná relativita byla znovu a znovu prokázána, naposledy s prvním přímým obrazem černé díry. Nyní, fyzici na Durhamské univerzitě ve Velké Británii říkají, že Einsteinova obecná teorie relativity nemusí být jediným způsobem, jak vysvětlit, jak funguje gravitace nebo jak se formují galaxie. Měli dramatický výzkumný úspěch s alternativním modelem gravitace - f (R) - gravitace - zvaným Chameleonova teorie, protože podle jejich slov „mění chování podle prostředí“. Říká se, že tato Chameleonova teorie je alternativou k obecné relativitě při vysvětlování formování struktur ve vesmíru. Mohlo by to také pomoci k dalšímu pochopení temné energie, tajemné látky, o které se předpokládá, že urychluje expanzi vesmíru.

Obrazy na této stránce byly zveřejněny 8. července 2019 fyziky Christianem Arnoldem, Matteo Leo a Baojiu Li, všechny z Institutu pro výpočetní kosmologii na Durhamské univerzitě. Jsou to výsledky nedávných počítačových simulací spuštěných na systému DiRAC Data Centric System na Durhamské univerzitě. Simulace ukazují, že galaxie, jako je naše Mléčná dráha, by se mohly ve vesmíru formovat i při různých zákonech gravitace. Předchozí práce ukázaly, že teoretické výpočty využívající Chameleonovu teorii reprodukují úspěch obecné relativity v relativně malém měřítku naší sluneční soustavy. Tým Durham nyní ukázal, že tato teorie umožňuje realistické simulace rozsáhlých struktur, jako je naše Mléčná dráha. Spoluřešitel výzkumu Christian Arnold řekl:

Chameleonova teorie umožňuje modifikovat gravitační zákony, abychom mohli otestovat vliv změn gravitace na formování galaxií. Prostřednictvím našich simulací jsme poprvé ukázali, že i když změníte gravitaci, nebude to bránit tvorbě diskových galaxií se spirálovými rameny.

Náš výzkum rozhodně neznamená, že obecná relativita je špatná, ale ukazuje, že to nemusí být jediný způsob, jak vysvětlit roli gravitace ve vývoji vesmíru.

Výsledky jsou publikovány v recenzovaném časopise Nature Astronomy .

Z nové studie, počítačem simulovaný obraz galaxie, jak je vidět shora. Obrázek přes Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University.

Prohlášení těchto vědců vysvětlilo více o jejich nedávné studii:

Vědci se podívali na interakci mezi gravitací v Chameleonově teorii a supermasivními černými dírami, které sedí ve středu galaxií. Černé díry hrají klíčovou roli při formování galaxií, protože teplo a materiál, který se vypouští při polykání okolní hmoty, může spálit plyn potřebný k vytvoření hvězd, což účinně zastaví tvorbu hvězd.

Množství tepla, které vyzařují černé díry, se mění změnou gravitace, která ovlivňuje vznik galaxií. Nové simulace však ukázaly, že i při zohlednění změny gravitace způsobené aplikací Chameleonovy teorie se galaxie stále mohly formovat.

Tito fyzici uvedli, že jejich práce by také mohla osvětlit naše pochopení pozorovaného zrychlujícího se rozšiřování vesmíru. Vědci se domnívají, že tato expanze je poháněna temnou energií, a vědci z Durhamu tvrdí, že jejich zjištění by mohla být malým krokem k vysvětlení vlastností této látky. Spoluřešitel Baojiu Li uvedl:

Obecně platí, že vědci odpovídají za zrychlené rozšiřování vesmíru zavedením tajemné formy hmoty zvané temná energie - jejíž nejjednodušší formou může být kosmologická konstanta, jejíž hustota je konstantní v prostoru a čase. Avšak alternativy k kosmologické konstantě, které vysvětlují zrychlenou expanzi úpravou gravitačního zákona, jako je gravitace f (R), jsou také široce zvažovány vzhledem k tomu, jak málo je o temné energii známo.

Vědci z Durhamu jsou teoretičtí fyzici, jako byl Einstein. Když byla Einsteinova obecná teorie relativity poprvé prokázána - během úplného zatmění Slunce 1919 - byl Einstein katapultován do slávy rockové hvězdy. Nyní je obecná relativita základem moderní kosmologie. Dalším krokem pro Chameleonovu teorii by bylo také vyzkoušet a snad to potvrdit pozorováním. Není pochyb o tom, že observační astronomové budou brzy v práci, vytvoří si vlastní testy pro novou Chameleonovu teorii a možná to dokážou. Pokud se to stane, bude to super vzrušující!

Albert Einstein v roce 1912. V roce 1915 publikoval svou obecnou teorii relativity. Teorie byla potvrzena v roce 1919.

Sečteno a podtrženo: Nová Chameleonova teorie má potenciál stát se alternativní teorií gravitace a pracovat společně s Einsteinovou teorií obecné relativity. Nedávné počítačové simulace ukazují, že teorii lze použít k opětovnému vytvoření rozsáhlých struktur (galaxií) v našem vesmíru.

Zdroj: Realistické simulace formování galaxií ve f (R) Modified Gravity

Přes Durham University