Теория относительности подтверждена на межгалактических масштабах
Гравитационная линза, созданная далекой галактикой, помогла ученым впервые измерить кривизну пространства на межгалактических расстояниях и подтвердить истинность выкладок общей теории относительности Эйнштейна. Их выводы были опубликованы в журнале Science.
"Мы знали массу более далекой галактики, чей свет проходил через линзу, и мы измерили то, как сильно ее свет искривлялся, используя "Хаббл". Затем мы сравнили эти замеры для того, чтобы вычислить силу притяжения. Она совпала с тем, что предсказывает теория относительности, с разницей в плюс-минус 8%. Пока это самая точная и "далекая" проверка ОТО", — заявил Томас Коллетт (Thomas Collett) из Портсмутского университета (Великобритания).
Ученые проверяют истинность общей теории относительности и ее "конкурентов" при помощи трех стандартных тестов. "Правильные" теории должны точно предсказывать степень искривления света при прохождении вблизи Солнца, а также объяснять аномальное смещение орбиты Меркурия и существование гравитационного красного смещения.
Прохождение первых двух тестов можно легко проверить экспериментальным путем, наблюдая за этими объектами. Часто подобные проверки не убеждают "скептиков". Они требуют проверки выкладок Эйнштейна на межзвездных и межгалактических масштабах, ссылаясь на альтернативные теории гравитации, которые указывают на "местный" характер подобных аномалий.
Коллетт и его коллеги воплотили эту мечту "ниспровергателей Эйнштейна" в жизнь, наблюдая при помощи "Хаббла" за недавно открытой галактикой ESO 325-G004, расположенной в созвездии Центавра на расстоянии в 465 миллионов световых лет от Земли.
Считается, что любое скопление материи большой массы, в том числе и темной, взаимодействует со светом и заставляет его лучи искривляться, как это делают обычные оптические линзы. В некоторых случаях искривление пространства помогает астрономам увидеть сверхдалекие объекты, которые были бы недоступны для наблюдения с Земли без гравитационного "увеличения".
Если два квазара, галактики или других объекта расположены друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересная вещь – свет более далекого объекта расщепится при прохождении через гравитационную линзу первого. Из-за этого мы увидим не два, а пять ярких точек, четыре из которых будут световыми "копиями" более далекого объекта. Подобные объекты астрономы часто называют кольцами или крестами Эйнштейна.
Как отмечает Коллетт, прямо за ESO 325-G004 находится еще более далекая галактика, что породило "эйнштейновский крест" идеальной формы и очень больших размеров. Это позволило ученым проверить теорию относительности, измерив кривизну пространства в окрестностях этой галактики и то, как сильно ее притяжение искривляет свет второго "звездного мегаполиса".
Для этого астрофизики измерили два параметра этой линзы – массу самой ESO 325-G004, наблюдая за скоростями движения звезд внутри нее при помощи наземного телескопа VLT, и то, как далеко находились "копии" более далекой галактики по отношению к центру "эйнштейновского креста".
Оба этих свойства галактики связаны друг с другом — они напрямую зависят от силы гравитации, вырабатываемой ESO 325-G004. Соответственно, если выкладки Эйнштейна верны, то сила притяжения, вычисленная через оба этих параметра, будет одинаковой, а существенные расхождения в ней укажут на ошибочный характер ОТО.
В очередной раз оказалось, что Эйнштейн был прав – степень кривизны пространства, вычисленная и тем, и другим образом, или полностью совпадала с предсказаниями теории относительности, или же отличалась от нее на 7-8%. И то, и другое исключает большинство альтернативных теорий гравитации.
Эти небольшие расхождения, как отмечают ученые, связаны с погрешностями в замерах космологических констант и скоростях движения звезд в ESO 325-G004, и их можно будет ликвидировать, наблюдая за другими гравитационными линзами.