Komunikat prasowy

VLT wykonał najbardziej precyzyjny test Ogólnej Teorii Względności Einsteina poza Drogą Mleczną

21 czerwca 2018

Astronomowie użyli instrumentu MUSE na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile oraz należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a do wykonania najbardziej precyzyjnego testu ogólnej teorii względności Einsteina poza Drogą Mleczną. Pobliska galaktyka ESO 325-G004 działa jako silna soczewka grawitacyjna, zaburzając światło od odległej galaktyki znajdującej się poza nią i wytwarza pierścień Einsteina wokół swojego centrum. Porównując masę ESO 325-G004 z objętością przestrzeni wokół niej, astronomowie sprawdzili, iż grawitacja w tych astronomicznych skalach długości zachowuje się zgodnie z przewidywaniami teorii względności. Wyklucza to niektóre alternatywne teorie grawitacji.

Korzystając z instrumentu MUSE na należącym do ESO teleskopie VLT, zespół kierowany przez Thomasa Colletta z University of Portsmouth w Wielkiej Brytanii po raz pierwszy obliczył masę ESO 325-G004 mierząc ruch gwiazd wewnątrz tej pobliskiej galaktyki eliptycznej.

Collett wyjaśnia: „Użyliśmy danych z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile do zmierzenia jak szybko poruszają się gwiazdy w ESO 325-G004 — a to pozwoliło nam wywnioskować jak dużo masy musi być w tej galaktyce, aby utrzymać gwiazdy na orbitach.”

Dodatkowo naukowcy byli w stanie zmierzyć inny aspekt grawitacji. Korzystając z należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, obserwowali pierścień Einsteina pochodzący od światła z dalekiej galaktyki zaburzonego przez ESO 325-G004. Obserwacje pierścienia umożliwiły astronomom na zmierzenie, jak światło, a tym samym czasoprzestrzeń, jest zaburzane przez olbrzymią masę ESO 325-G004.

Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że obiekty deformują czasoprzestrzeń wokół nich, powodując iż światło, które przechodzi obok, jest uginane. Skutkiem tego jest zjawisko znane jako soczewkowanie grawitacyjne. Efekt jest zauważalny jedynie dla bardzo masywnych obiektów. Znanych jest kilkaset silnych soczewek grawitacyjnych, ale większość jest zbyt odległa, aby precyzyjnie wyznaczyć ich masę. Jednak galaktyka ESO 325-G004 jest jedna z najbliższych soczewek, w odległości zaledwie 450 milionów lat świetlnych od Ziemi.

Collett kontynuuje: „Znamy masę galaktyki dzięki MUSE oraz zmierzyliśmy stopień soczewkowania grawitacyjnego na podstawie danych z Hubble’a. Następnie porównaliśmy te dwa sposoby pomiary siły grawitacji – wynik okazał się dokładnie taki, jak przewiduje ogólna teoria względności, z błędem zaledwie 9 procent. Jest to jak dotąd najprecyzyjniejszy test ogólnej teorii względności poza Drogą Mleczną. I to wykorzystując tylko jedną galaktykę!”.

Ogólna teoria względności została przetestowana ze znakomitą precyzją w skalach Układu Słonecznego, ruchy gwiazd wokół czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej są przedmiotem szczegółowych badań, ale do tej pory nie było precyzyjnych testów w większych astronomicznych skalach. Testowanie szerokich własności grawitacji jest kluczowe do sprawdzenia naszego obecnego modelu kosmologicznego.

Uzyskane wyniki mogą mieć ważne znaczenie dla modeli grawitacji alternatywnych do ogólnej teorii względności. Te alternatywne teorie przewidują, że wpływ grawitacji na krzywiznę czasoprzestrzeni jest „zależny od skali”. Oznacza to, że grawitacja powinna zachowywać się inaczej w różnych astronomicznych skalach długości, w stosunku do tego, jak zachowuje się w mniejszych skalach w Układzie Słonecznym. Collett i jego zespół ustalili, że jest to wysoce mało prawdopodobne, chyba że takie różnice zachodzą w skalach większych niż 6000 lat świetlnych.

„To niesamowite, że Wszechświat dostarcza takich soczewek, których możemy używać jako laboratoriów” dodaje członek zespołu Bob Nichol z University of Portsmouth. „To także spora satysfakcja korzystać z najlepszych teleskopów na świecie do sprawdzenia Einsteina i ustalenia, jak bardzo miał rację.”

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “A precise extragalactic test of General Relativity”, Collett et al., który ukaże się w czasopiśmie Science.

Skład zespołu badawczego: T. E. Collett (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania), L. J. Oldham (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania), R. Smith (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, Durham, Wielka Brytania), M. W. Auger (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania), K. B. Westfall (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania; University of California Observatories – Lick Observatory, Santa Cruz, USA), D. Bacon (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania), R. C. Nichol (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania), K. L. Masters (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania), K. Koyama (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Wielka Brytania), R. van den Bosch (Max Planck Institute for Astronomy, Königstuhl, Heidelberg, Niemcy).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 15 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Komunikat ESA/Hubble
• Zdjęcia VLT
• Informacje o instrumencie MUSE na VLT

Kontakt

Thomas Collett
Institute of Cosmology and Gravitation — University of Portsmouth
Portsmouth, UK
Tel.: +44 239 284 5146
E-mail: thomas.collett@port.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: pio@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych