Предсказание Эйнштейна проверили в космическом масштабе: результат опровергает все альтернативные теории о Вселенной

Теория Эйнштейна о поведении гравитации была подтверждена международной группой исследователей, изучавших, как эта сила действует в космических масштабах. Астрофизики, использовавшие спектроскопический инструмент Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), обнаружили, что способ скопления галактик согласуется со стандартной моделью гравитации и предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. DESI содержит 5000 волоконно-оптических «глаз», каждый из которых может собрать свет от галактики всего за 20 минут. Оптический корректор DESI — это шесть линз, самая большая из которых имеет диаметр 1,1 м.

Комплексный анализ данных DESI за первый год представляет собой одну из самых строгих на сегодняшний день проверок общей теории относительности и поведения гравитации в космических масштабах. Изучение галактик и того, как они группируются с течением времени, позволяет понять, как растет космическая структура, то есть при помощи DESI можно проверить теории модифицированной гравитации — альтернативное объяснение ускоряющегося расширения нашей Вселенной.

Метеоры из метеорного потока Геминиды, летящие к Земле, проносятся по небу над четырехметровым телескопом Николаса У. Мейолла. В настоящее время в телескопе установлен спектроскопический инструмент DESI. Изображение: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Sparks (NSF NOIRLab)

Астрофизики использовали данные DESI и составили карту скопления почти шести миллионов галактик за период, охватывающий около 11 миллиардов лет. Подробный анализ данных DESI за первый год также предоставляет важнейшую информацию о том, как гравитация формирует Вселенную.

Изучая, как галактики группируются с течением времени, исследователи обнаружили закономерности, которые показывают, как развивалась структура Вселенной. Это позволило им проверить теории модифицированной гравитации — альтернативное объяснение ускоряющегося расширения нашей Вселенной, обычно приписываемого темной энергии.

Астрофизики обнаружили, что способ скопления галактик согласуется с нашей стандартной моделью гравитации и предсказаниями Эйнштейна. Результат подтверждает основную модель Вселенной и ограничивает возможные теории модифицированной гравитации, которые были предложены в качестве альтернативных способов объяснения неожиданных наблюдений, таких как расширение Вселенной.

DESI установлен на четырехметровом телескопе Николаса У. Мейолла. Изображение: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld

Общая теория относительности была очень хорошо проверена в масштабах солнечных систем, но ученым также нужно было убедиться, что предположение работает в гораздо больших масштабах. Изучение скорости формирования галактик позволяет напрямую проверять теории, и на данный момент данные совпадают с теми, что предсказывает общая теория относительности в космологических масштабах.

Подробный анализ данных DESI также позволил получить новые верхние пределы массы нейтрино — единственных фундаментальных частиц, массы которых еще не были точно измерены в лабораторных условиях.

Нейтрино влияют на кластеризацию галактик, хотя и незначительно, но это можно измерить. Эксперименты в нейтринной лаборатории устанавливают нижний предел массы нейтрино; примечательно, что распределение галактик в ходе эксперимента устанавливает потолок этой массы, который теперь очень близок к нижнему пределу, со значением около одной десятимиллионной массы электрона.

Ученые также провели суперкомпьютерное моделирование Вселенной, что имеет решающее значение для интерпретации данных. В ходе предыдущего анализа рассматривалась такая особенность кластеризации галактик, как барионные акустические колебания (BAO). Новый же анализ расширяет область для извлечения большего количества информации из данных, измеряя, как галактики и материя распределены в разных масштабах в пространстве.

В настоящее время авторы исследования анализируют данные, собранные за первые три года, и планируют опубликовать обновленные измерения темной энергии и истории расширения Вселенной к весне 2025 года. Но уже сейчас результаты согласуются с более ранними выводами, которые намекали на то, что темная энергия может со временем эволюционировать.