Przewidywania Alberta Einsteina dotyczące zachowania grawitacji zostały przetestowane w skali kosmicznej.
- Przewidywania Alberta Einsteina dotyczące zachowania grawitacji zostały poparte przez międzynarodowy zespół badaczy, który badał, jak siła działa w skalach kosmicznych.
- Instrument spektroskopowy ciemnej energii (DESI) badacze odkryli, że sposób, w jaki gromadzą się galaktyki, jest zgodny z naszym standardowym modelem grawitacji i przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina.
- Kompleksowa analiza danych z pierwszego roku uzyskanych z DESI zapewnia jeden z najbardziej rygorystycznych testów ogólnej teorii względności w historii i pozwala sprawdzić, jak zachowuje się grawitacja w skalach kosmicznych.
- Przyglądanie się galaktykom i temu, jak gromadzą się w czasie, ujawnia, jak rośnie struktura kosmiczna, co pozwala DESI testować teorie zmodyfikowanej grawitacji – alternatywne wyjaśnienie przyspieszającej ekspansji naszego Wszechświata.
- DESI jest zarządzane przez Laboratorium Krajowe Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE). Zaangażowanie Wielkiej Brytanii w DESI obejmuje Uniwersytet w PortsmouthDurham University i UCL jako instytucje będące pełnoprawnymi członkami, wraz z indywidualnymi badaczami z uniwersytetów w Cambridge, Edynburgu, St Andrews, Sussex i Warwick.
Teoria grawitacji Einsteina w skali kosmicznej
Przewidywania Alberta Einsteina dotyczące grawitacji zostały potwierdzone przez międzynarodowy zespół badaczy, który badał, jak ta fundamentalna siła działa w skali kosmicznej.
Korzystając z instrumentu spektroskopowego ciemnej energii (DESI), naukowcy, w tym astrofizycy z Uniwersytetu w Portsmouth, sporządzili mapę skupisk prawie sześciu milionów galaktyk w okresie sięgającym 11 miliardów lat.
Ich szczegółowa analiza danych z pierwszego roku DESI stanowi jeden z najbardziej rygorystycznych testów ogólnej teorii względności Einsteina w tak ogromnych skalach, dostarczając kluczowych informacji na temat tego, jak grawitacja kształtuje wszechświat.
Analiza rozszerzającej się struktury Wszechświata
Badając gromadzenie się galaktyk w czasie, badacze odkryli wzorce, które ujawniają ewolucję struktury Wszechświata.
Umożliwiło to naukowcom z DESI przetestowanie teorii zmodyfikowanej grawitacji – alternatywnego wyjaśnienia przyspieszającej ekspansji naszego Wszechświata, zwykle przypisywanej ciemnej energii.
Odkryli, że sposób, w jaki gromadzą się galaktyki, jest zgodny z naszym standardowym modelem grawitacji i przewidywaniami Einsteina.
Wynik potwierdza wiodący model Wszechświata i ogranicza możliwe teorie zmodyfikowanej grawitacji, które zaproponowano jako alternatywne sposoby wyjaśnienia nieoczekiwanych obserwacji, takich jak ekspansja Wszechświata.
Współpraca badawcza i spostrzeżenia
W najnowsze wyniki badań DESI zaangażowało się kilka brytyjskich uniwersytetów, w tym Uniwersytet w Portsmouth, Uniwersytet w Durham i University College London.
Uczestnicy współpracy DESI udostępnili dzisiaj swoje wyniki w szeregu artykułów opublikowanych dzisiaj w internetowym repozytorium arXiv.
Dr Seshadri Nadathur, profesor nadzwyczajny w Instytucie Kosmologii i Grawitacji Uniwersytetu w Portsmouth, kierował grupą, która opracowała nową analizę.
Dr Nadathur powiedział: „Dane, które zebraliśmy za pomocą DESI, pozwalają nam zmierzyć subtelne wzorce skupiania się galaktyk. Naprawdę ekscytujące jest to, że możemy wykorzystać te wzorce nie tylko do pomiaru szybkości rozszerzania się Wszechświata, ale nawet do sprawdzenia naszego zrozumienia samej grawitacji! Jak dotąd ogólna teoria względności radzi sobie dobrze, ale zaobserwowaliśmy pewne niespodzianki związane z ciemną energią.”
„Naprawdę ekscytujące jest to, że możemy wykorzystać te wzorce nie tylko do pomiaru szybkości rozszerzania się Wszechświata, ale nawet do sprawdzenia naszego zrozumienia samej grawitacji! Jak dotąd ogólna teoria względności radzi sobie dobrze, ale zaobserwowaliśmy pewne niespodzianki związane z ciemną energią.”
Dr Seshadri Nadathur, profesor nadzwyczajny
Odkrywanie podstawowych pytań z fizyki
Nathan Findlay, doktorant na Uniwersytecie w Portsmouth, również kierował częścią prac nad ilościowym określeniem niektórych niepewności w analizie. Powiedział: „Fakt, że dzięki danym z DESI możemy poznać ciemną materię, ciemną energię, historię i losy Wszechświata, a nawet prawidłową teorię grawitacji – wszystkie te podstawowe pytania z fizyki – jest naprawdę zdumiewający. . Bycie częścią tego jest bardzo ekscytujące.”
Testowanie grawitacji w skalach kosmologicznych
Dr Pauline Zarrouk, kosmolog z francuskiego Narodowego Centrum Badań Naukowych (CNRS) pracująca w Laboratorium Fizyki Jądrowej i Wysokich Energii (LPNHE), była współkierownikiem nowej analizy.
Dr Zarrouk, który był pracownikiem naukowym ze stopniem doktora w Instytucie Kosmologii Obliczeniowej Uniwersytetu w Durham, a obecnie jest gościem akademickim w tym instytucie, powiedział: „Ogólna teoria względności została bardzo dobrze przetestowana w skali układów słonecznych, ale musieliśmy także przetestować że nasze założenie sprawdza się w znacznie większej skali.
„Badanie tempa powstawania galaktyk pozwala nam bezpośrednio przetestować nasze teorie i jak dotąd pokrywamy się z przewidywaniami Ogólnej Teorii Względności w skalach kosmologicznych”.
Masa neutrin i gromadzenie galaktyk
Szczegółowa analiza danych DESI, pod kierownictwem badaczy z Uniwersytetu w Durham, dr Willema Elbersa i profesora Carlosa Frenka, dostarczyła nowych górnych limitów mas neutrin, jedynych cząstek elementarnych, których masy nie zostały jeszcze dokładnie zmierzone w laboratorium.
Neutrina wpływają w niewielkim stopniu na wzór grupowania galaktyk, ale można to zmierzyć za pomocą jakości danych DESI. Eksperymenty laboratoryjne z neutrinami pozwoliły ustalić masę neutrin; co ciekawe, rozmieszczenie galaktyk w DESI wyznacza pułap tej masy, która jest obecnie bardzo blisko dna, o wartości około dziesięciomilionowej masy elektronu.
Uniwersytet w Durham jest kluczowym członkiem współpracy DESI, a także zaprojektował i zbudował system światłowodowy, który kieruje światło do spektrografu DESI. Naukowcy z Durham przeprowadzili także superkomputerowe symulacje Wszechświata, kluczowe dla interpretacji danych DESI.
Członek zespołu DESI, profesor Carlos Frenk z Instytutu Kosmologii Obliczeniowej na Uniwersytecie w Durham, powiedział: „Ogólna teoria względności to jedna z najbardziej eleganckich i głębokich teorii w fizyce. To, że Wszechświat wydaje się dostosowywać do swoich zasad, jest naprawdę niezwykłe i stanowi świadectwo talentu Einsteina i astronomów, którzy opracowali metody jego testowania.
„Równie niezwykłe jest odkrycie, jakie DESI wniosło do długoletniej tajemnicy masy neutrin. Są to maleńkie cząstki elementarne o bardzo małych masach, ale siła grawitacji, którą wspólnie wytwarzają, wpływa na sposób poruszania się i skupiania galaktyk w przestrzeni. Bezprecedensowy rozmiar i jakość zbioru danych DESI umożliwiła wykrycie tego maleńkiego efektu, co jest bardzo ekscytujące zarówno dla kosmologów, jak i fizyków cząstek elementarnych.”
Wkład DESI w fizykę i kosmologię
DESI zawiera 5000 „oczu” światłowodów, z których każde może zebrać światło z galaktyki w zaledwie 20 minut. Naukowcy z UCL, będący również kluczowym członkiem współpracy DESI, pomogli zaprojektować, zmontować i zbudować korektor optyczny DESI – sześć soczewek, z których największa ma średnicę 1,1 m, które skupiają światło na „oczach”.
Najnowsze wyniki dostarczają również rozszerzonej analizy danych z pierwszego roku DESI, która w kwietniu stworzyła największą jak dotąd trójwymiarową mapę naszego Wszechświata i ujawniła wskazówki, że ciemna energia może ewoluować w czasie.
W kwietniowych wynikach przyjrzano się szczególnej właściwości gromad galaktyk, znanej jako barionowe oscylacje akustyczne (BAO). Nowa analiza, zwana „analizą pełnego kształtu”, poszerza zakres w celu wydobycia większej ilości informacji z danych, mierząc rozkład galaktyk i materii w różnych skalach w przestrzeni.
Podobnie jak w przypadku poprzedniego badania, w dzisiejszych wynikach wykorzystano technikę ukrywania wyników przed naukowcami do samego końca, łagodząc wszelkie nieświadome uprzedzenia.
Więcej o tym odkryciu:
O DESI
DESI to najnowocześniejszy instrument zdolny do jednoczesnego przechwytywania światła z 5000 galaktyk. Został zaprojektowany, zbudowany i jest obsługiwany dzięki funduszom Biura Naukowego Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych.
Znajdujący się w Arizonie teleskop DESI jest zamontowany na 4-metrowym teleskopie Nicholasa U. Mayalla w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak, będącym częścią projektu amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki NOIRLab program. Obecnie, w czwartym roku pięcioletnich badań, DESI zamierza do zakończenia projektu zebrać dane z około 40 milionów galaktyk i kwazarów.
W ramach współpracy analizowane są obecnie dane zebrane w ciągu pierwszych trzech lat badania i planuje się publikację zaktualizowanych pomiarów ciemnej energii i historii ekspansji Wszechświata do wiosny 2025 r. Dzisiejsze rozszerzone wyniki są spójne z wcześniejszymi ustaleniami, które wskazywały na ewolucję ciemnej energii. dalsze budowanie oczekiwań na kolejny etap analizy.
Współpraca DESI z szacunkiem przyznaje, że jej badania prowadzone są na Iolkam Du’ag (Kitt Peak), miejscu o głębokim znaczeniu kulturowym dla narodu Tohono O’odham.
