Наиболее точный до сих пор тест общей теории относительности Эйнштейна за пределами Млечного пути

С помощью инструмента MUSE, установленного на большом телескопе Very Large Telescope (VLT) Южной Европейской обсерватории в Чили, и космического телескопа NASA/ESA Hubble астрономам удалось провести наиболее точный до сих пор тест общей теории относительности Эйнштейна за пределами нашего Млечного пути. И полученный положительный результат этой проверки позволяет снять с повестки дня сразу несколько альтернативных теорий тяготения.

Изображение близлежащей галактики ESO 325-G004. MUSE измерил скорости звезд в ESO 325-G004 и построил карту распределения  скоростей, наложенную на изображение.

Как сообщила команда исследователей Томаса Коллетта из университета Портсмута в научном журнале Science, расположенная поблизости галактика ESO 325-G004 действует, словно мощная гравитационная линза, которая искривляет свет далекой галактики, расположенной позади нее, образуя в ее центре так называемое кольцо Эйнштейна.

Путем сравнения массы ESO 325-G004 с искривлением пространства вокруг нее, астрономы выяснили, что гравитация на этих астрономических шкалах длины ведет себя точно так же, как это предсказано общей теорией относительности. И это ставит окончательный крест на некоторых альтернативных теориях тяготения.

Подоплека

Общая теория относительности Эйнштейна считает, что обладающие массой тела изгибают вокруг себя так называемое пространство-время (то есть структуру пространства), вследствие чего проходящий свет отклоняется. Это ведет к феномену, который называется эффектом гравитационной линзы. Но заметить этот эффект возможно только у объектов, обладающих очень большими массами. «Нам известны несколько сотен сильных гравитационных линз, но большинство из них удалены от нас слишком далеко, чтобы точно измерить их массу», - говорится в сообщении ESO для СМИ.

Зато галактика ESO 325-G004 является одной из наиболее близких к нашей Солнечной системе гравитационных линз – лишь в 450 миллионах световых лет от Земли. По этой галактике была известна масса галактики переднего плана, а с помощью телескопа Hubble астрономам удалось измерить силу эффекта гравитационной линзы. Сравнение этих двух подходов к измерению силы тяготения привело в результате точно к тем значениям, какие были предсказаны общей теорией относительности (с расхождением всего в 9 процентов). Таким образом, это оказался наиболее точный до сих пор тест общей теории относительности за пределами Млечного пути.

В тему

Еще ранее астрономам удалось протестировать общую теорию относительности с высочайшей точностью по шкалам Солнечной системы, также сейчас проводятся детальные исследования движения звезд в центре Млечного пути. Но до сих пор отсутствовал точный тест на еще больших астрономических шкалах. «Изучение дальних свойств гравитации имеет решающее значение для валидации нашего современного космологического миропонимания», - говорят исследователи.

Это схематическое изображение показывает, как изменяется путь света далекой галактики в гравитационном поле более близкой галактикой переднего фона, выполняющей роль гравитационной линзы, под влиянием чего далекая галактика наблюдается более яркой, но при этом искаженной. При этом возникают характерные кольцеобразные структуры, которые называются кольцами Эйнштейна. Copyright: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

И действительно, полученные в результате этой работы знания могут иметь важные последствия для альтернативных моделей гравитации по отношению к общей теории относительности. Такие альтернативные теории предсказывают, к примеру, что воздействия гравитации на искривление пространства-времени является «зависимым от шкал». Это значит, что гравитация на протяжении длинных астрономических шкал должны была бы вести себя иначе, чем на коротких шкалах внутри Солнечной системы. Новые измерения показывают, что такие предположения совершенно маловероятны, разве что такие различия начинают проявляться на шкалах расстояний, превышающих 6000 световых лет.

«Вселенная – это невероятно удивительное место. Она предлагает нам гравитационные линзы, которые мы можем использовать в качестве лабораторий», - добавляет Боб Ничол. - «И это в высшей степени прекрасно, что мы можем использовать наилучшие в мире телескопы для проверки теории Эйнштейна и убедиться в его правоте».