Rezultatele instrumentelor de energie întunecată „uimitoare” arată că Einstein a avut dreptate în privința gravitației – din nou

Când cumpărați prin link-uri de pe articolele noastre, Future și partenerii săi de sindicat pot câștiga un comision.

Relativitatea generală a trecut unul dintre cele mai precise teste ale sale vreodată datorită observațiilor din ultimii 11 miliarde de ani de evoluție cosmică colectate de Instrumentul Spectroscopic al Energiei Întunecate sau DESI.

Teoria lui Albert Einstein din 1915, relativitatea generală, a rămas cea mai bună descriere a gravitației a umanității în ultimii 100 de ani. Cosmologii au folosit relativitatea generală pentru a modela modul în care a evoluat cosmosul – de la primele sale momente până la starea sa actuală – și au arătat cum gravitația a reunit aglomerări minuscule de materie pentru a forma galaxii vaste, precum și grupuri ale acestor galaxii. Cu toate acestea, în timp ce relativitatea generală a trecut toate testele aplicate la scari relativ mici, puține teste au contestat-o ​​la scari foarte mari.

Oamenii de știință au efectuat acum un astfel de test la scară largă folosind DESI. Ei au observat aproape 6 milioane de galaxii și quasari, care sunt inimi strălucitoare ale galaxiilor alimentate prin hrănirea găurilor negre supermasive. Poate deloc surprinzător, acest test, care a urmărit evoluția universului de când avea aproximativ 3 miliarde de ani, a arătat încă o dată că relativitatea generală este „rețeta” potrivită pentru gravitație.

„Relativitatea generală a fost foarte bine testată la scara sistemelor solare, dar trebuia să testăm și faptul că ipoteza noastră funcționează la scari mult mai mari”, a declarat Pauline Zarrouk, co-liderul studiului și cosmologul Centrului Național de Cercetare Științifică din Franța (CNRS). într-o declarație. „Studiul ratei cu care s-au format galaxiile ne permite să ne testăm direct teoriile și, până acum, ne aliniem la ceea ce prezice relativitatea generală la scară cosmologică”.

Montat pe telescopul de 4 metri Nicholas U. Mayall al Observatorului Național Kitt Peak, DESI este un instrument de ultimă generație compus din 5.000 de „ochi robotici”. Experimentul se află acum în al patrulea an al proiectului său de cinci ani de topografie a cerului, care în cele din urmă îl va vedea observarea a aproximativ 40 de milioane de galaxii și quasari.

Datele cercetării cerului ar putea fi esențiale pentru înțelegerea energiei întunecate și a materiei întunecate, substanța misterioasă care depășește particulele de „materie de zi cu zi” care compun stelele, planetele, lunile și tot ceea ce vedem în jurul nostru zilnic, dar rămâne efectiv invizibil. Descrise în mod colectiv drept „universul întunecat”, energia întunecată și materia întunecată sugerează că tot ceea ce înțelegem în cosmos reprezintă doar 5% din conținutul său.

„Materia întunecată reprezintă aproximativ un sfert din univers, iar energia întunecată reprezintă încă 70 la sută și nu știm cu adevărat ce este una dintre ele”, a spus Mark Maus, membru al echipei, doctorand la Berkeley Lab și UC Berkeley. în declarație. „Ideea că putem face fotografii ale universului și să abordăm aceste mari întrebări fundamentale este uimitoare.”

Cântărind fantomele cosmice

Relativitatea generală poate fi cea mai bună descriere a gravitației pe care o avem, dar nu poate explica fiecare element al universului pe care îl observăm în prezent, în special expansiunea accelerată a spațiului și efectul gravitațional al materiei întunecate. Accelerația expansiunii spațiului este în prezent atribuită unei forțe „substituționale” numită energie întunecată, care scapă descrierii de modele cosmologice bazate pe relativitatea generală.

Acest eșec de a lua în considerare energia întunecată i-a determinat pe unii oameni de știință să propună alternative la relativitatea generală care se bazează pe ajustări la teoria gravitației a lui Isaac Newton, pe care teoria lui Einstein a înlocuit-o. Aceste teorii sunt denumite în general „teorii modificate ale gravitației” și explică observațiile universului fără a fi nevoie să introducă un necunoscut, cum ar fi energia întunecată.

Pe lângă faptul că ajută la validarea modelului principal al universului bazat pe relativitatea generală, modelul Lambda Cold Dark Matter (LCDM), descoperirile DESI au ajutat și la excluderea unor teorii ale gravitației modificate.

În plus, aceleași rezultate de la DESI au ajutat la stabilirea unei limite superioare a masei așa-numitelor „particule fantomă” sau neutrini.

Neutrinii își câștigă reputația de fantome ale grădinii zoologice cu particule din cauza lipsei lor de sarcină electrică și a faptului că sunt practic fără masă. Pe măsură ce citiți această propoziție, trilioane de aceste particule au trecut prin corpul vostru cu viteza aproape de lumină, rămânând nedetectate.

Neutrinii sunt singurele particule fundamentale pe care le-am descoperit ale căror mase nu au fost definite cu precizie de oamenii de știință. În timp ce experimentele anterioare au definit masa inferioară a neutrinilor, rezultatele DESI au stabilit o limită superioară, oferind cercetătorilor un interval de masă mai bine definit în care neutrinii ar trebui să locuiască.

Noile rezultate provin dintr-o analiză extinsă a primului an de date DESI, lansată în aprilie 2024. Aceste date au format cea mai mare hartă 3D a universului creată până în prezent. Aceste rezultate erau deja remarcabile, deoarece păreau să arate că puterea energiei întunecate se schimbă în timp.

Rezultatele DESI din aprilie s-au concentrat pe un factor de grupare a galaxiilor numit oscilații barion acoustic oscillations (BAO) în densitatea materiei care permit structurilor la scară mare să crească. Această nouă examinare a acestor rezultate a inclus ceea ce cercetătorii numesc o „analiza de formă completă”, care a examinat în continuare modul în care galaxiile și materia sunt distribuite la diferite scale în spațiu.

Povești similare:

— Ciocnirea stelelor cu neutroni sugerează o nouă fizică care ar putea explica materia întunecată

— Stelele neutronice „imposibile” ar putea explica fulgerările ciudate

— Cum ciocnirile stelelor cu neutroni au inundat Pământul cu aur și alte metale prețioase

Alte rezultate din al doilea și al treilea an de operațiuni DESI sunt de așteptat să fie publicate în primăvara anului 2025.

„Atât rezultatele noastre BAO, cât și analiza completă sunt spectaculoase”, a declarat în declarație co-liderul cercetării Dragan Huterer de la Universitatea din Michigan. „Este prima dată când DESI se uită la creșterea structurii cosmice. Demonstrăm o nouă abilitate extraordinară de a sonda gravitația modificată și de a îmbunătăți constrângerile asupra modelelor de energie întunecată. Și este doar vârful aisbergului”.

Rezultatele DESI sunt descrise în mai multe lucrări care au fost publicate pe site-ul de cercetare arXiv, marți (19 noiembrie).