Теория Эйнштейна встречает вызов: 100 миллионов галактик рассказали новую историю

Более четверти века назад астрофизики, наблюдая за далёкими сверхновыми, сделали неожиданное открытие: скорость расширения Вселенной, похоже, увеличивается. Недавнее исследование, проведённое учёными из университетов Женевы (UNIGE) и Тулузы III – Поля Сабатье, ставит под сомнение способность известных законов физики объяснить данный феномен.

По результатам анализа данных Dark Energy Survey команда исследователей выявила расхождения между предсказаниями великого физика и современным пониманием космической истории. Статья, опубликованная в журнале Nature Communications, указывает на то, что общая теория относительности – давний эталон в области физических теорий о Вселенной – может оказаться неспособной объяснить все наблюдаемые астрофизиками явления на более крупных масштабах.

Согласно знаменитой теории Эйнштейна, влияние массивных объектов искривляет пространство и время, создавая так называемые гравитационные колодцы, которые производят эффект гравитационного линзирования. Впервые подтверждённый в 1919 году во время наблюдений за солнечным затмением, данный эффект стал незаменимым инструментом для астрофизиков в исследованиях Вселенной.

Исследовательская группа UNIGE и Тулузы III использовала данные Dark Energy Survey и детального картографирования сотен миллионов галактик, предоставившие беспрецедентные сведения об ускоряющемся расширении Вселенной. Команда сосредоточилась на изучении искажения времени и пространства для проверки теорий Эйнштейна.

По словам Камиллы Бонвин, доцента кафедры теоретической физики UNIGE, впервые данные Dark Energy Survey были использованы для непосредственного измерения искажения времени и пространства, что позволило сравнить результаты с предсказаниями Эйнштейна.

В ходе анализа более 100 миллионов галактик учёные исследовали эволюцию гравитационных колодцев в четырёх временных периодах: примерно 3,5 млрд, 5 млрд, 6 млрд и 7 млрд лет назад. Результаты показали, что глубина гравитационных колодцев соответствовала предсказаниям Эйнштейна для более ранних периодов (6 и 7 млрд лет назад), однако более поздние колодцы оказались мельче, чем ожидалось.

Исаак Тутусаус, младший астроном Института исследований в области астрофизики и планетологии (IRAP/OMP) Университета Тулузы III – Поля Сабатье и ведущий автор исследования, отметил интригующую деталь: меньшая глубина колодцев совпадает с периодом, когда, предположительно, началось ускорение Вселенной. Команда предполагает, что оба явления – ускоряющееся расширение и замедленный рост гравитационных колодцев – могут иметь общее объяснение: возможно, гравитация на больших масштабах ведёт себя иначе, чем предсказывала знаменитая теория.

Настасья Гримм, постдокторант UNIGE, подчеркнула, что наблюдаемое 3-сигма расхождение не обязательно опровергает теорию Эйнштейна. Для окончательного опровержения уравнений Эйнштейна потребовался бы порог 5-сигма. Текущие результаты, хотя и интригующие, лишь указывают на новые возможности.

В планах научного коллектива – получение более точных измерений. Анализ данных космического телескопа Euclid, который в течение следующих шести лет проведёт наблюдения за гравитационным линзированием 1,5 миллиарда галактик, предоставит ещё более детальный взгляд на искажения пространства-времени и, возможно, новые наблюдения, расширяющие границы понимания таких явлений, как гравитация и динамика Вселенной.

Новая статья «Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data» авторства Исаака Тутусауса, Камиллы Бонвин и Настасьи Гримм была опубликована в журнале Nature Communications в ноябре 2024 года.