Pressmeddelande

VLT utför strängaste testet hittills utanför Vintergatan av Einsteins allmänna relativitetsteori

21 juni 2018

Astronomer har utsatt Einsteins allmänna relativitetsteori för sitt strängaste prov hittills utanför Vintergatan med hjälp av instrumentet MUSE på ESO:s jätteteleskop VLT i Chile och NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble. Den närliggande galaxen ESO 325-G004 fick agera som en gravitationslins som förvränger ljus från en mer avlägsen galax som ligger bakom den. Detta skapar en så kallad Einsteinring runt galaxen. Genom att jämföra galaxens massa med hur rymden kröks kring den kunde astronomerna konstatera att gravitationen fungerar som väntat enligt den allmänna relativitetsteorin också i astronomisk skala. Detta utesluter några alternativa teorier om tyngdkraftens beskaffenhet.

Forskarlaget, med astronomen Thomas Collett vid University of Portsmouth, Storbritannien, i spetsen räknade först ut massan för den elliptiska galaxen ESO 325-G004. Det gjorde de genom att mäta upp hur dess stjärnor rör sig med hjälp av instrumentet MUSE på ESO:s VLT.

– Vi använde mätningar från Very Large Telescope i Chile för att uppskatta hur snabbt stjärnorna rörde sig i ESO 325-G004. Då kunde vi härleda hur mycket massa som måste finnas i galaxen för att hålla stjärnorna kvar i sina banor, förklarar Thomas Collett.

Men teamet kunde även mäta upp ytterligare en egenskap hos tyngdkraften. Med hjälp av NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble observerade de en Einsteinring, resultatet av att galaxen förvrängt ljuset från en avlägsen galax som ligger bortom ESO 325-G004. Genom att studera ringen kunde astronomerna mäta upp hur ljuset, och därmed även rumtiden, rubbas på grund den stora massan i galaxen ESO 325-G004.

Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori deformerar föremål i rumtiden omkring dem, och därmed böjs också ljus av när det passerar. Detta ger upphov till fenomenet gravitationslinsning. Effekten går bara att mäta för mycket tunga objekt. Forskare känner till ett par hundra starka gravitationslinser, men de flesta ligger för långt bort för att man ska kunna med precision uppskatta deras massa. Galaxen ESO 325-G004 är dock en av de linser som ligger närmast oss, bara 450 miljoner ljusår från jorden.

Collett berättar vidare.

– Tack vare MUSE vet vi massan i förgrundsgalaxen. Vi mätte dessutom upp mängden gravitationslinsning som vi ser med hjälp av Hubble. Sedan jämförde vi dessa två sätt att mäta upp gravitationens styrka – och resultatet var precis det som förutspåddes av den allmänna relativitetsteorin, med felmarginal på bara nio procent. Detta är det mest precisa testet av den allmänna relativitetsteorin hittills utanför Vintergatan. Och allt detta med en enda galax!

År 1998 upptäckte forskare att universum idag utvidgas snabbare än det gjort tidigare. Denna överraskande upptäckt kan inte förklaras om inte universum till största del består av något exotiskt som kallas mörk energi. Den här tolkningen vilar dock på antagandet att den allmänna relativitetsteorin är korrekt också när det gäller mycket stora avstånd i universum. Den allmänna relativitetsteorin har testats med utsökt noggrannhet inom vårt solsystem, och man studerar detaljerat rörelsen hos stjärnorna i Vintergatans mitt. Tidigare har inga mer storskaliga tester gjorts. För att kunna pröva dagens bästa modeller för vårt universum och dess innehåll är det viktigt att också pröva hur tyngdkraften fungerar över långa avstånd i rymden.

Dessa fynd kan ha viktiga konsekvenser för alternativa gravitationsmodeller för allmän relativitetsteori. Dessa alternativa teorier förutspår att effekterna av tyngdkraften på kurvaturen hos rymdtiden följer en skala. Detta innebär att gravitationen fungerar olika över astronomiska längdskalor jämfört med hur det fungerar på mindre skala i vårt solsystem. Collett och hans forskarlag har upptäckt att det här sannolikt inte är sant, bortsett från om dessa förändringar uppstår på längdskalor mindre än 6000 ljusår.

Bob Nichol är en av medlemmarna i forskarlaget från University of Portsmouth.

– Universum är en makalös plats som tillhandahåller sådana linser som vi kan använda som våra laboratorier. Det är så tillfredsställande att använda världens bästa teleskop för att utmana Einstein, och sedan upptäcka hur korrekt hans teorier var, tillägger han.

 

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “A precise extragalactic test of General Relativity” av T. E. Collett m. fl. i tidskriften Science.

Forskarlaget består av T. E. Collett (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien), L. J. Oldham (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien), R. Smith (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, Durham, Storbritannien), M. W. Auger (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien), K. B. Westfall (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien; University of California Observatories – Lick Observatory, Santa Cruz, USA), D. Bacon (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien), R. C. Nichol (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien), K. L. Masters (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien), K. Koyama (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Storbritannien) och R. van den Bosch (Max Planck-institutet för astronomi, Königstuhl, Heidelberg, Tyskland).

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 15 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Pressmeddelande från ESA/Hubbleteleskopet

• Foton på VLT

• Information om instrumentet MUSE på VLT

Kontakter

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

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1819 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.