Einstein przewidział, jak powinna działać grawitacja w największych skalach. I miał rację, sugerują nowe badania

Kiedy Albert Einstein przedstawił swoją ogólną teorię względności w 1915 roku, zmieniło to sposób, w jaki postrzegamy wszechświat. Jego model grawitacyjny pokazał, że grawitacja Newtona, która dominowała w astronomii i fizyce przez ponad trzy stulecia, była jedynie przybliżeniem bardziej subtelnego i eleganckiego modelu.

Einstein pokazał nam, że grawitacja nie jest zwykłą siłą, ale raczej podstawą kosmicznej struktury. Grawitacja, powiedział Einstein, zdefiniowała strukturę samej przestrzeni i czasu.

Jednak w ubiegłym stuleciu dowiedzieliśmy się o kosmosie znacznie więcej, niż nawet Einstein mógł sobie wyobrazić. Niektóre z naszych obserwacji, takie jak soczewkowanie grawitacyjne, wyraźnie potwierdzają ogólną teorię względności, ale inne wydają się dziurawić model. Ruch obrotowy galaktyk nie odpowiada przewidywaniom samej grawitacji, co skłoniło astronomów do wprowadzenia ciemnej materii.

Ekspansja wszechświata nie jest stała, ale przyspiesza, co wskazuje na obecność ciemnej energii. Dla niektórych astronomów oznacza to potrzebę opracowania nowego modelu. Coś, co może wyjaśnić ruchy gwiazd i galaktyk bez potrzeby stosowania ciemnych materiałów, które pozostają niewykryte w laboratorium. Najpopularniejsze alternatywy skupiają się na teoriach zmodyfikowanej grawitacji.

Standardowy model kosmologii znany jest jako model LCDM. L oznaczające lambdę jest symbolem używanym w ogólnej teorii względności do przedstawienia tempa ekspansji kosmicznej i reprezentuje ciemną energię, podczas gdy CDM oznacza zimną ciemną materię. Model ten opisuje rozszerzający się wszechświat, który rozpoczął się jako gorący i gęsty stan około 13,78 miliarda lat temu.

Jest to wszechświat składający się z około 5% regularnej materii, 25% ciemnej materii i 70% ciemnej energii. Jest to obecnie model najlepiej poparty dowodami obserwacyjnymi. Zmodyfikowane modele grawitacyjne mają duże wzniesienie do pokonania. Aby obalić LCDM, muszą uwzględnić wszystko, co przewiduje, a także wyeliminować zapotrzebowanie na ciemną materię i energię.

W tym roku wzgórze to stało się znacznie bardziej strome. W serii publikacji wydanych w ramach współpracy Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) i przesłanych do arXiv preprint serwera, potwierdzono, że standardowy model kosmologiczny jest całkowicie zgodny z modelem Einsteina. W ramach przeglądu DESI zmapowano prawie 6 milionów galaktyk na przestrzeni 11 miliardów lat czasu kosmicznego, co pozwoliło astronomom zobaczyć nie tylko to, jak gromadzą się galaktyki, ale także to, jak to gromadzenie zmienia się w czasie. Jest to największa dotychczas stworzona trójwymiarowa mapa wszechświata.

Model LCDM pozwala na bardzo rygorystyczne przewidywania struktury kosmicznej. Gdyby ciemna energia była rodzajem siły odpychającej, a nie nieodłączną właściwością czasoprzestrzeni, skupienia ewoluowałyby inaczej niż to zaobserwowano. Gdyby ciemna materia była iluzją zmodyfikowanych sił grawitacyjnych, skala skupień galaktycznych byłaby inna.

Najnowsze badanie pokazuje szczegółowo, że zmodyfikowane modele grawitacji nie sprawdzają się. Wyniki silnie ograniczają możliwe zmodyfikowane modele grawitacyjne i wykluczają wiele obecnie proponowanych modeli. W oparciu o te nowe wyniki standardowy model kosmologiczny Einsteina dotyczący grawitacji, ciemnej materii i ciemnej energii jest tym, który najlepiej pasuje do obserwowanego wszechświata.

Nadal istnieją tajemnice wymagające rozwiązania, a przede wszystkim kwestia napięcia Hubble’a. Być może nowatorski, zmodyfikowany model grawitacji rozwiąże tę zagadkę i ostatecznie obali Einsteina, ale na razie szaleńczowłosy geniusz pozostaje królem wzgórza.