Kroz dvije nove i nezavisne studije, Einsteinova Opća teorija relativnosti stavljena je na nikad teži test. Rezultati dobiveni na Chandra X-ray opservatoriju pri NASA-i pokazuju kako je Einsteinova teorija još uvijek aktualna.
Svaki tim znanstvenika koristio je podatke prikupljene opširnim opažanjima klastera galaksija pohranjenih na Chandra opservatoriju. Ti su klasteri najveći objekti u Svemiru povezani gravitacijskim međudjelovanjem. Jedan od rezultata ozbiljno je srezao teoriju gravitacije konkurentsku modelu predloženom u Općoj relativnosti. Drugi pak rezultat pokazuje kako Einsteinova teorija funkcionira na golemom opsegu vremena i udaljenosti u Svemiru.
Prvi rezultat ozbiljno je oslabio konkurenta Općoj relativnosti poznatog i kao “f(R) gravitacija”. “Zamislimo li Opću relativnost kao prvaka teške kategorije, ova bi druga teorija bila nadobudni izazivač slabije kategorije”, objašnjava Fabian Schmidt s Instituta za tehnologiju u Pasadeni, Kalifornija, inače i vodeći autor istraživanja. “Rezultati našeg rada pokazuju kako su šanse za uzrujavanje prvaka izrazito male.”
U zadnjih nekoliko godina, fizičari su posvetili svoju pažnju teorijama koje nude moguće objašnjenje ubrzanog širenja Svemira, a pritom dovode u pitanje Opću relativnost. Trenutačno se najpopularnije objašnjenje ubrzane ekspanzije Svemira oslanja na tzv. kozmičku konstantu koja bi se mogla shvatiti kao energija koja postoji u praznom prostoru. Ne bi li se dodatno naglasila nemogućnost direktne detekcije, ovu se energiju još naziva i `tamna energija`. Prema f(R) teoriji, kozmička akceleracija ne potječe od egzotičnog oblika energije već od modificirane gravitacijske sile. Ta modificirana gravitacijska sila utječe na brzinu kojom maleni djelići materije tijekom eona mogu izrasti u masivne klastere galaksija te na taj način otvoriti mogućnost osjetljivog testa teorije.
Schmidt i njegovi kolege proučavali su masu približno 49 klastera galaksija kroz opažanja s Chandra opservatorija. Ta su opažanja potom usporedili s predviđanjima teoretskog modela i studijama o pojavi i prirodi supernova, pozadinskim kozmičkim zračenjem u mikrovalnom spektru te distribuciji galaksija na velikoj skali. Nisu pronašli nikakve dokaze o gravitaciji koja bi se razlikovala od one koju predlaže Opća relativnost na udaljenostima većim od 130 milijuna svjetlosnih godina. Ova je granica sto puta veća od od granice modificirane gravitacijske sile, koja se može odrediti i bez podataka o klasterima galaksija. “Ovdje se radi o najjačoj konstanti ikad postavljenoj na tako velikim udaljenostima kao alternativa Općoj relativnosti”, ističe Schmidt. “Naši rezultati pokazuju kako, na temelju promatranja klastera galaksija, možemo precizno ispitati gravitaciju na kozmološkim udaljenostima.”
Razlog ovom dramatičnom proširenju ograničenja potječe od izrazito jakih gravitacijskih sila koje djeluju u klasterima, a suprotstavljaju se općem širenju Svemira u pozadini. Tehnika rasta klastera mnogo obećava. Izgleda kako se radi o dobroj probi za ostale scenarije koji uključuju modificiranu gravitaciju, poput modela motiviranih teorijama viših dimenzija te teorijom struna.
Drugo nezavisno istraživanje također podupire Opću relativnost. Ono se pak bavilo testiranjem teorije na kozmološkim udaljenostima i vremenima. Sve do sad, Opća teorija relativnosti potvrđena je laboratorijskim istraživanjima, ali samo na udaljenostima bliskim veličini Sunčeva sustava što otvara mogućnost pada Opće relativnosti na većim udaljenostima.
Ne bi li ispitali ovu mogućnost, grupa znanstvenika sa Sveučilišta Stanford, usporedila je podatke o brzini rasta klastera, prikupljene na Opservatoriju Chandra, s predviđanjima Opće teorije relativnosti. Rezultat pokazuje gotovo savršeno poklapanje opaženog i teorije. “Einsteinova teorija ponovno je uspjela! Ovaj je put uspjela izračunati koliko se masivnih klastera može formirati u vremenu od 5 milijardi godina, a unutar dometa gravitacijske sile”, iznosi David Rapetti s Kavli Instituta za astrofiziku elementarnih čestica i kozmologiju (KIPAC) pri Sveučilištu Stanford te član SLAC Nacionalnog laboratorija za akceleraciju, a koji je ujedno i vodeći autor ove nove studije.
“Ovi su rezultati istovremeno uzbudljivi, ali nam pružaju i određen osjećaj sigurnosti. Pomoću ROSAT X-ray teleskopa, proučavali smo uzorak od 238 klastera preko cijelog neba. Prikupljeni podaci obogaćeni su detaljnim mjerenjima masa 71 udaljenog klastera s Opservatorija Chandra. Mjerenja mase 23 klastera koji su nam relativno blizu, obavljena su pomoću ROSAT teleskopa. Svi prikupljeni podaci kombinirani su s proučavanjima supernova, pozadinskog kozmičkog zračenja u mikrovalnom djelu spektra, distribucije galaksija te pretpostavljenih udaljenosti klastera.
Klasteri galaksija predstavljaju objekte izuzetno važne za shvaćanje Svemira kao cjeline. Mase klastera galaksija u direktnoj su vezi sa svojstvima gravitacijske sile te iz tog razloga opažanja pružaju informacije vitalne za istraživanja na području gravitacijskog međudjelovanja. Druge tehnike, poput proučavanja supernova ili distribucije galaksija, koriste se pri mjerenju kozmičkih udaljenosti, koje pak ovise isključivo o brzini ekspanzije Svemira. Nasuprot navedenim tehnikama, tehnika proučavanja klastera galaksija, koju su koristili Rapetti i njegovi kolege, može se iskoristiti i za mjerenje brzine rasta kozmičkih struktura kao posljedica gravitacijskih međudjelovanja.
“Kozmička akceleracija predstavlja velik izazov našem, modernom shvaćanju fizike”, ističe Rapettiijev bliski suradnik i koautor studije, Adam Mantz s NASA-inog Centra za svemirske letove u Marylandu. “Mjerenja akceleracije zapravo naglašavaju koliko malo u biti znamo o gravitaciji na kozmičkim udaljenostima. Sada se ipak trudimo smanjiti opseg našeg neznanja.”
Znanstveni članak o istraživanju Fabiana Schmidta objavljen je u znanstvenom časopisu Physics Review D, Volume 80 u listopadu 2009. godine. Na spomenutom istraživanju radili su: Alexey Vikhlinin s Harvard-Smithsonian centra za astrofiziku pri Cambridgeu (Massachusetts) te Wayne Hu sa Sveučilišta u Chicagou (Illinois). Članak Davida Rapettia nedavno je odobren i bit će objavljen u znanstvenom časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Koautori tog članka bili su: Mantz, Steve Allen s KIPAC-a pri Sveučilištu Stanford te Harald Ebeling s Instituta za astronomiju na Hawaiima.
Izvor: Chandra Harvard
