Загальна теорія відносності Ейнштейна пророкує існування темної матерії та енергії - форми енергії, яка пронизує простір і прискорює розширення Всесвіту. Але що, якщо Ейнштейн був неправий, і в природі не існує такого явища, як темна матерія? Група фізиків, об’єднаних проєктом GalaxyDance, перевіряють цю гіпотезу.
Якою б точною вона не була, загальна теорія відносності - не єдина теорія, яка пояснює гравітацію. Насправді існують різні альтернативні теорії. Проблема полягає в тому, що вчені до кінця не розуміють, як математично й експериментально протистояти спостереженням і симуляціям.
У проєкті GalaxyDance, за підтримки програми Марії Склодовської-Кюрі, використовували інформацію, закодовану в пекулярній статистиці швидкостей галактик локального всесвіту, а також спостережувані спотворення простору червоних зсувів (RSD) далеких галактик.
Доктор Войцех Хеллвінг, координатор проєкту і науковий співробітник Центру теоретичної фізики Польської академії наук, стверджує, що, у міру того, як ми розширюємо наші спостереження, ми дедалі частіше стикаємося з незрозумілими фактами. І ці факти не вкладаються в наше розуміння Всесвіту.
Однією з таких властивостей є прискорене розширення простору-часу, яке симуляційно пов’язане з темною енергією. Але парадокс у тому, що нам потрібно враховувати гравітаційні ефекти тільки в тому разі, якщо теорія гравітації Ейнштейна справедлива у всіх масштабах видимого космосу.
Або інший варіант: говорячи про темну матерію, ми опосередковано визнаємо, що Ейнштейн не має рації - насамперед щодо фізичної природи гравітації. Утім, існують й інші можливі пояснення прискореного розширення, які не потребують темної енергії. Ці теорії виходять за рамки загальної теорії відносності і зазвичай називаються “модифікованою гравітацією”.
Перевірка загальної теорії відносності та цих альтернатив у міжгалактичних масштабах і була метою проєкту GalaxyDance. Суть проєкту полягає у використанні низькорівневої статистики швидкостей галактик та їхньої кластеризації для перевірки теорії гравітації Ейнштейна, а також її аналогів.
Тест охоплює міжгалактичні масштаби, - а це область, де теорія гравітації досі не “працювала”. Її ретельно не перевіряли. Але ж однією з умов перевірки має бути незалежність від чинної гравітаційної моделі та експериментальна автономія щодо баріонної фізики. Поки що вчені використовують традиційні методи, створивши в комп’ютері віртуальний всесвіт і тестуючи теорії, що виходять за рамки GR.
Однак уже зрозуміло, що статистика низького порядку поля галактичних швидкостей має містити ознаки модифікованої гравітації. Для вимірювання та вилучення цього сигналу будуть ремодельовані гравітаційні структури в сузір’ї Діви. Фактично йдеться про переосмислення характеру взаємодії в деяких галактичних системах.
Крім того, будуть додатково змодельовані процеси, що дають змогу визначити кольори, світність і форми галактик. А далі вже належить зрозуміти, що було б створено у Всесвіті, керованому на основі альтернативних гравітаційних теорій.
Після цього вже має відбутися порівняння отриманих результатів з наявними астрономічними спостереженнями, і вже далі вчені будуть “тестувати” гравітацію в космічних масштабах. Войцех Хеллвінг із натхненням каже, що якщо проведені тести в кінцевому підсумку створять сигнатуру нової фізики за межами ЗТВ, це призведе до перегляду всієї космологічної моделі.
З іншого боку, якщо дослідження остаточно підтвердить загальну теорію відносності, то доведеться підшукувати складніші теорії, ніж перебирати простенькі гіпотези про “темну матерію”.
Проєкт GalaxyDance використовує інноваційні методики для перевірки гравітаційних теорій на міжгалактичних масштабах. Це включає в себе використання статистики швидкостей галактик та їхньої кластеризації. Ці дані допомагають вченим краще зрозуміти гравітаційні взаємодії в галактичних системах.
Крім того, вчені моделюють процеси, що визначають кольори, світність і форми галактик. Це допомагає їм зрозуміти, як би виглядав Всесвіт, якщо б він був керований альтернативними гравітаційними теоріями.
Після цього вчені порівнюють отримані результати з наявними астрономічними спостереженнями. Це допомагає їм “тестувати” гравітацію в космічних масштабах. Якщо проведені тести в кінцевому підсумку створять сигнатуру нової фізики за межами ЗТВ, це призведе до перегляду всієї космологічної моделі. З іншого боку, якщо дослідження остаточно підтвердить загальну теорію відносності, то доведеться підшукувати складніші теорії, ніж перебирати простенькі гіпотези про “темну матерію”.
Ці дослідження відкривають нові горизонти в розумінні Всесвіту і можуть змінити наше розуміння фізичних законів, що керують ним. Це дуже захоплююче і важливе для науки часи. Ми з нетерпінням чекаємо на результати проєкту GalaxyDance.
Для довідки:
Проєкт GalaxyDance використовує інноваційні методики для перевірки гравітаційних теорій на міжгалактичних масштабах, включаючи використання статистики швидкостей галактик та їх кластеризацію.
Гравітація в даному випадку - властивість тіл із масою притягуватись одне до одного. Гравітаційна взаємодія найслабша із чотирьох фундаментальних взаємодій, однак вона діє на великій дистанції (умовно).
Взаємодіючі галактики розташовані в просторі досить близько, тому взаємна гравітація істотно впливає на форму, рух речовини й зорь, на процеси зореутворення, а в деяких випадках — на обмін речовиною між галактиками.
Науковці моделюють процеси, що визначають кольори, світність і форми галактик. Дослідники оцінюють, як виглядає Всесвіт, у тому числі з точки зору альтернативних теорій.
Але безпосередні астронмічні спостереження не завжди співпадають із теоретичними очікуваннями.
За матеріалами phys.org
