https://phys.org/news/2018-09-space-telescope-einstein-theories-gravity.htmlКосмический телескоп для проверки теорий Эйнштейна о гравитации19 сентября 2018 года Ричардом Грей, Horizon: Журнал исследований и инноваций ЕС
Спектрофотометр ближней инфракрасной области в миссии Евклида Европейского космического агентства поможет ученым заглянуть в широкие области наблюдаемой вселенной. Кредит: CNRS-CPPMНовый космический телескоп, предназначенный для того, чтобы заглянуть в некоторые из самых дальних регионов Вселенной, мог наконец ответить на один из самых загадочных вопросов, связанных с общей теорией относительности Альберта Эйнштейна.
Миссия Евклида, которая должна быть запущена Европейским космическим агентством в 2021 году, будет захватывать изображения миллиардов далеких галактик, чтобы дать новое представление о том, как гравитация работает в глубинах космоса.
Известная теория Эйнштейна, опубликованная им в 1915 году, считается лучшим способом объяснить гравитацию. По сути, это говорит о том, что массивные объекты заставляют ткань пространства и времени криволинейно, что приводит к тому, что другие объекты падают к ним.
Но в то время как общая теория относительности, по-видимому, согласуется с тем, как ученые наблюдают гравитацию, ведущую себя в нашей собственной солнечной системе и галактике, она начинает выглядеть менее убедительно в больших масштабах.
Наблюдения отдаленных сверхновых свидетельствуют о том, что наша Вселенная ускоряется по мере ее расширения, хотя некоторые ученые оспаривают это . Для ускоренного расширения, которое должно произойти в рамках общей теории относительности, требуется, чтобы Вселенная была пронизана загадочной, и пока неоткрытой, «темной энергией», которая необходима для управления процессом.
Хотя многие физики убеждены в существовании темной энергии, другие ищут альтернативные объяснения.
«Общая теория относительности - очень хорошая теория для описания гравитации», - сказал профессор Казуя Кояма, космолог из Университета Портсмута в Великобритании. «Но когда мы применяем его в большом космологическом масштабе, мы видим некоторые очень странные вещи, которые нам нужна темная энергия для объяснения. Проблема в том, что мы не знаем, что такое темная энергия.
«Если общая теория относительности будет изменена, нам может не понадобиться темная энергия, чтобы объяснить, что происходит».
Профессор Кояма возглавляет проект под названием CosTesGrav, который использует наблюдения далеких галактик, чтобы помочь разработать новые теории, которые изменяют общую теорию относительности, поэтому она работает на больших масштабах. Данные, собранные Евклидом при его запуске, будут жизненно важны, чтобы помочь им в этом.
20 секст. Миль
Исследователи CosTesGrav используют наблюдения галактик, которые доходят до 3,3 миллиарда световых лет (20 секунд), чтобы искать крошечные искажения в их форме, вызванные гравитацией.
Общая теория относительности утверждает, что свет согнут под действием силы тяжести, что означает, что он может оставить отличительную подпись в свете, испускаемом далекими астрономическими объектами, такими как галактики.
Команда CosTesGrav уже использовала изображения с космического телескопа Хаббла для поиска некоторых из этих искажений и обнаружила, что подпись, оставленная гравитацией , согласуется с общей теорией относительности.
Но профессор Кояма считает, что более масштабные опросы, подобные проведенным Евклидом, могут позволить им обнаружить искажения, свидетельствующие о том, что может быть что-то еще на работе.
«Нам нужно объяснить успех общей теории относительности на небольших масштабах, но в то же время изменить ее на очень большие масштабы», - сказал профессор Кояма. «Это вызов. У нас есть два подхода - один - придумать теоретические модели и использовать современные симуляции для их проверки.
«Другой - использовать наблюдения и искать подписи отклонений от общей теории относительности».
Он говорит, что объединение этих подходов позволит исследователям использовать высокоточные карты Евклида распределения галактик и проверить общую теорию относительности в космологическом масштабе.
Их работа могла не только решить одну из самых больших выдающихся головоломок о Вселенной, но и радикально переписать наше понимание нашего места в ней.
Дополнительные размеры
Одна из ведущих альтернативных теорий темной энергии предполагает, что пространство-время может иметь дополнительные размеры, которые можно обнаружить только в космологическом масштабе.
«Это интересно, поскольку мы можем найти что-то очень отличное от обычного понятия пространства-времени на очень больших масштабах», - сказал профессор Кояма. «Но на данный момент наше нынешнее понимание общей теории относительности безопасно».
Однако модификация общей теории относительности может иметь важные последствия на Земле. Большинство из нас использует теорию каждый день, когда мы следуем указаниям на наших мобильных телефонах или в автомобильных навигационных системах.
«Точность GPS (глобальная система позиционирования) потрясающая, но это возможно только благодаря корректировке с использованием общей теории относительности», - пояснил профессор Кояма. «Мы не знаем, насколько важны любые открытия, которые мы сделаем в будущем, для будущего технологического развития».
Данные, собранные Евклидом, также окажутся жизненно важными для ученых, работающих над другим проектом, который стремится не только проверить общую теорию относительности , но и пролить свет на некоторые из начальных условий, которые привели к нынешней структуре Вселенной.
Проект GrInflaGal использует наблюдения массивных скоплений галактик - обширные плотные структуры, связанные гравитацией в пространстве, образованном из миллионов галактик, - для изучения распределения материи во вселенной и эффектов гравитации.
«Мы хотим моделировать группировку галактик на больших масштабах, но для этого нам нужно знать, как ведут себя эти галактики», - сказал доктор Фабиан Шмидт, космолог из Института астрофизики им. Макса Планка в Гархинге, Германия, возглавляющий GrInflaGal проект.
Измеряя, как ведут себя другие объекты вокруг кластеров галактик - например, глядя на различия в скорости по сравнению с их массой, исследователи полагают, что они могут измерить гравитацию этих огромных структур и поэтому проверить, придерживаются ли они общей теории относительности .
глыба
Затем это можно было бы использовать, чтобы помочь разгадать, как вселенная превратилась из горячего однородного куска плотной материи в ту, где галактики разбросаны по кластерам, наблюдаемым сегодня.
«Цель состоит в том, чтобы иметь почти оптимальный способ проверки гравитации от предстоящих исследований, таких как Евклид», - сказал д-р Шмидт. «Мы понятия не имеем о том, как произошла инфляция в ранней Вселенной, но такие исследования, как Евклид, могут улучшить ограничения, которые мы используем.
«Гравитация - это такая фундаментальная часть нашего физического понимания Вселенной, и космология дает нам возможность исследовать ее в гораздо большем масштабе, чем когда-либо прежде».