Țesătura spațiului și timpului nu este scutită de efectele gravitației. Plop într-o masă și curbe spațiu-timp în jurul ei, care nu sunt asemănătoare cu ceea ce se întâmplă când pui o minge de bowling pe o trambulină.
Această gropiță în spațiu-timp este rezultatul a ceea ce numim un puț gravitațional și a fost descrisă pentru prima dată cu peste 100 de ani în urmă de ecuațiile de câmp ale lui Albert Einstein în teoria relativității generale. Până astăzi, acele ecuații au rezistat. Ne-ar plăcea să știm ce pune Einstein în supa lui. Oricare ar fi fost, relativitatea generală a rămas destul de solidă.
Unul dintre modurile în care știm acest lucru este pentru că atunci când lumina călătorește de-a lungul acelui spațiu-timp curbat, se curbează odată cu ea. Acest lucru are ca rezultat lumina care ajunge la noi toți deformată și întinsă și replicată și mărită, un fenomen cunoscut sub numele de lentilă gravitațională. Această ciudată a spațiu-timp nu este doar observabilă și măsurabilă, ci este un instrument excelent pentru înțelegerea Universului.
Dar o echipă de cercetători tocmai a descoperit că curbura prezisă a spațiului-timp calculată folosind relativitatea nu se potrivește întotdeauna cu ceea ce observăm, folosind date de la Dark Energy Survey, care cartografiază în prezent sute de milioane de galaxii din cosmos. Asta nu înseamnă că este ceva stricat, dar sugerează că poate exista ceva pe care nu l-am luat în considerare.
Diagrama care ilustrează lentila gravitațională. (NASA, ESA & L. Calçada)
„Până acum, datele Dark Energy Survey au fost folosite pentru a măsura distribuția materiei în Univers”, explică fizicianul Camille Bonvin de la Universitatea din Geneva din Elveția. „În studiul nostru, am folosit aceste date pentru a măsura direct distorsiunea timpului și a spațiului, permițându-ne să comparăm descoperirile noastre cu predicțiile lui Einstein”.
The Dark Energy Survey este o colaborare internațională care folosește un instrument optic puternic montat pe telescopul Victor M. Blanco de 4 metri de la Observatorul Inter-American Cerro Tololo din Chile. Misiunea sa principală, după cum sugerează și numele, este de a studia energia întunecată, forța misterioasă care conduce expansiunea accelerată a Universului.
Pentru a face acest lucru, instrumentul a cercetat Universul cât de profund posibil. Aceasta înseamnă că vede lumina într-o serie de epoci, cercetând adânc în istoria Universului galaxiile a căror lumină a călătorit de miliarde de ani pentru a ajunge la noi.
Condusă de astronomul Isaac Tutusaus de la Universitatea din Toulouse din Franța, o echipă de cercetători și-a dat seama că ar putea folosi această bogăție de date pentru a testa puterea predictivă a descrierii fizice a Universului de către Einstein. Ei au măsurat în mod specific distorsiunile spațiu-timp datorate puțurilor gravitaționale, la patru epoci distincte: acum aproximativ 3,5 miliarde de ani, acum 5 miliarde de ani, acum 6 miliarde de ani și acum 7 miliarde de ani.
Apoi, au comparat aceste măsurători cu ceea ce ecuațiile lui Einstein prevăd că ar trebui să fie. Interesant este că unele dintre măsurători s-au aliniat perfect cu predicțiile – dar nu toate.
„Am descoperit că în trecutul îndepărtat – acum 6 și 7 miliarde de ani – adâncimea puțurilor se aliniază bine cu predicțiile lui Einstein”, explică Tutusaus. „Cu toate acestea, mai aproape de astăzi, cu 3,5 și 5 miliarde de ani în urmă, sunt puțin mai puțin adânci decât a prezis Einstein”.
Discrepanța este ușoară, dar ar putea fi importantă. Ar putea însemna, de exemplu, că puțurile gravitaționale au o rată de creștere mai lentă mai recent în Univers. În plus, măsurătorile expansiunii spațiu-timp sugerează că creșterea Universului se accelerează și s-a accelerat mai mult în trecutul recent.
Discrepanța ar putea, prin urmare, să sugereze o legătură între accelerația Universului condusă de energia întunecată și creșterea lentă a puțurilor gravitaționale în aceeași epocă. Mai multe observații vor trebui efectuate pentru a confirma și pentru a completa concluziile echipei.
“Rezultatele noastre arată că predicțiile lui Einstein au o incompatibilitate de 3 sigma cu măsurătorile. În limbajul fizicii, un astfel de prag de incompatibilitate ne trezește interesul și solicită investigații suplimentare”, spune fizicianul Natassia Grimm de la Universitatea din Geneva.
„Dar această incompatibilitate nu este suficient de mare, în această etapă, pentru a invalida teoria lui Einstein. Pentru ca acest lucru să se întâmple, ar trebui să atingem un prag de 5 sigma. Prin urmare, este esențial să avem măsurători mai precise pentru a confirma sau infirma aceste rezultate inițiale. , și să aflăm dacă această teorie rămâne valabilă în Universul nostru, la distanțe foarte mari.”
Cercetarea a fost publicată în Comunicarea naturii.
