Skulle ett av astrofysikens största gåtor lösas genom att omarbeta Albert Einsteins gravitationsteori? En ny studie medförfattare av NASA-forskare säger inte ännu.

Universum expanderar i en accelererande takt, och forskarna vet inte varför. Detta fenomen verkar motsäga allt forskare förstår om gravitationens effekt på kosmos:Det är som om du kastade ett äpple i luften och det fortsatte uppåt, snabbare och snabbare. Orsaken till accelerationen, kallad mörk energi, förblir ett mysterium.

En ny studie från den internationella Dark Energy Survey, med hjälp av Victor M. Blanco 4-metersteleskopet i Chile, markerar det senaste försöket att avgöra om allt detta bara är ett missförstånd:att förväntningar på hur gravitationen fungerar i hela universums skala är felaktiga eller ofullständiga. Detta potentiella missförstånd kan hjälpa forskare att förklara mörk energi. Men studien – ett av de mest exakta testerna hittills av Albert Einsteins teori om gravitation på kosmiska skalor – finner att den nuvarande förståelsen fortfarande verkar vara korrekt.

Resultaten, författade av en grupp forskare som inkluderar några från NASA:s Jet Propulsion Laboratory, presenterades onsdagen den 23 augusti vid den internationella konferensen om partikelfysik och kosmologi (COSMO'22) i Rio de Janeiro. Verket hjälper till att sätta scenen för två kommande rymdteleskop som kommer att undersöka vår förståelse av gravitationen med ännu högre precision än den nya studien och kanske äntligen lösa mysteriet.

För mer än ett sekel sedan utvecklade Albert Einstein sin teori om allmän relativitet för att beskriva gravitationen, och hittills har den exakt förutspått allt från Merkurius omloppsbana till förekomsten av svarta hål. Men om den här teorin inte kan förklara mörk energi, har vissa forskare hävdat, så kanske de behöver modifiera några av dess ekvationer eller lägga till nya komponenter.

För att ta reda på om så är fallet letade medlemmar av Dark Energy Survey efter bevis för att gravitationens styrka har varierat genom universums historia eller över kosmiska avstånd. Ett positivt fynd skulle indikera att Einsteins teori är ofullständig, vilket kan hjälpa till att förklara universums accelererande expansion. De undersökte även data från andra teleskop utöver Blanco, inklusive ESA (European Space Agency) Planck-satelliten, och kom fram till samma slutsats.

Studien visar att Einsteins teori fortfarande fungerar. Så ingen förklaring till mörk energi än. Men den här forskningen kommer att ingå i två kommande uppdrag:ESA:s Euclid-uppdrag, planerat att lanseras tidigast 2023, som har bidrag från NASA; och NASA:s Nancy Grace Roman Space Telescope, avsett för uppskjutning senast i maj 2027. Båda teleskopen kommer att söka efter förändringar i gravitationsstyrkan över tid eller avstånd.

suddig syn

Hur vet forskare vad som hände i universums förflutna? Genom att titta på avlägsna föremål. Ett ljusår är ett mått på hur långt ljus kan färdas på ett år (cirka 6 biljoner miles, eller ungefär 9,5 biljoner kilometer). Det betyder att ett föremål ett ljusår bort ser ut för oss som det var för ett år sedan, när ljuset först lämnade föremålet. Och galaxer miljarder ljusår bort visas för oss som de gjorde för miljarder år sedan. Den nya studien tittade på galaxer som sträcker sig tillbaka omkring 5 miljarder år i det förflutna. Euklid kommer att titta 8 miljarder år in i det förflutna, och Roman kommer att se tillbaka 11 miljarder år.

Galaxerna själva avslöjar inte tyngdkraften, men hur de ser ut när de ses från jorden gör det. Det mesta av materia i vårt universum är mörk materia, som inte avger, reflekterar eller på annat sätt interagerar med ljus. Även om forskare inte vet vad den är gjord av, vet de att den finns där, eftersom dess gravitation ger bort den:Stora reservoarer av mörk materia i vårt universum förvränger själva rymden. När ljus färdas genom rymden möter det dessa delar av det skeva rymden, vilket gör att bilder av avlägsna galaxer verkar krökta eller utsmetade. Detta visades på en av de första bilderna som släpptes från NASA:s rymdteleskop James Webb.

Dark Energy Survey-forskare söker efter galaxbilder efter mer subtila förvrängningar på grund av att mörk materia böjer utrymmet, en effekt som kallas svag gravitationslinsning. Tyngdkraften avgör storleken och fördelningen av mörk materias strukturer, och storleken och fördelningen avgör i sin tur hur skeva dessa galaxer ser ut för oss. Det är så bilder kan avslöja tyngdkraften på olika avstånd från jorden och avlägsna tider genom universums historia. Gruppen har nu mätt formerna på över 100 miljoner galaxer, och hittills matchar observationerna vad som förutspås av Einsteins teori.

"Det finns fortfarande utrymme att utmana Einsteins gravitationsteori, eftersom mätningarna blir mer och mer exakta", säger studiens medförfattare Agnès Ferté, som genomförde forskningen som postdoktor vid JPL. "Men vi har fortfarande så mycket att göra innan vi är redo för Euclid och Roman. Så det är viktigt att vi fortsätter att samarbeta med forskare runt om i världen om detta problem som vi har gjort med Dark Energy Survey." + Utforska vidare

NASA:s romerska uppdrag kommer att testa konkurrerande kosmiska accelerationsteorier