30. června 1905 zahájil Albert Einstein revoluci vydáním teorie Speciální teorie relativity . Tato teorie mimo jiné uváděla, že rychlost světla ve vakuu je stejná pro všechny pozorovatele bez ohledu na zdroj. V roce 1915 na to navázal publikací své teorie obecné relativity, která tvrdila, že gravitace má deformační účinek na časoprostor. Po více než století byly tyto teorie základním nástrojem astrofyziky, vysvětlující chování vesmíru ve velkém měřítku.
Od 90. let 20. století si však astronomové uvědomovali, že vesmír se rozpíná zrychleným tempem. Ve snaze vysvětlit mechaniku za tím, návrhy sahaly od možné existence neviditelné energie (tj. Temná energie ) k možnosti, že Einsteinovy rovnice pole obecné teorie relativity mohlo by se rozpadnout . Ale díky nedávné práci mezinárodního výzkumného týmu je dnes známo, že Einstein měl celou dobu pravdu.
Pomocí vláknového multiobjektového spektrografu (FMOS) na dalekohledu Subaru tým – který vedli výzkumníci z Japonska Ústav pro fyziku a matematiku vesmíru (Kavli IMPU) a Tokijská univerzita – vytvořili dosud nejhlubší 3D mapu vesmíru. Celkově tato mapa obsahuje asi 3 000 galaxií a zahrnuje prostor o velikosti 13 miliard světelných let.
Experimentální výsledky sledující expanzi vesmíru ve srovnání s expanzí předpovězenou Einsteinovou teorií obecné relativity v zelené barvě. Kredit: Kavli IPMU/Okumura et al.
K testování Einsteinovy teorie použil tým – který vedl Dr. Teppei Okumura, výzkumník projektu Kavli IPMU – informace získané Projekt FastSound za posledních pár let. Jako součást jejich snahy zjistit původ kosmického zrychlení se tento projekt opírá o data shromážděná teleskopem Subaru, aby vytvořila průzkum, který monitoruje rudý posuv galaxií.
Z toho, co bylo pozorováno během 40 nocí (mezi lety 2012 a 2014), byl FastSound Survey schopen určit rychlosti a shlukování více než 3 000 vzdálených galaxií. Měřením jejich zkreslení prostoru rudým posuvem, aby viděli, jak rychle se pohybují, Okumura a jeho tým byli schopni sledovat expanzi těchto galaxií do vzdálenosti 13 miliard světelných let.
Byl to historický čin, protože předchozí 3-D modely vesmíru nebyly schopny dosáhnout více než 10 miliard světelných let. Ale díky FMOS na dalekohledu Subaru, který dokáže analyzovat galaxie vzdálené 12,4 až 14,7 miliard světelných let, se týmu podařilo tento rekord překonat. Výsledky pak porovnali s druhem expanze předpovídaným Einsteinovou teorií, zejména se zahrnutím jeho kosmologické konstanty.
Kosmologická konstanta, původně zavedená Einsteinem v roce 1917 jako doplněk ke své obecné teorii relativity, byla v podstatě způsobem, jak zadržet gravitaci a dosáhnout statického vesmíru. A zatímco Einstein tuto teorii opustil, když Edwin Hubble zjistil, že se vesmír rozpíná, od té doby se stala uznávanou součástí standardního modelu moderní kosmologie (známého jako Lambda-CDM Modelka).
Výzkumný tým zjistil, že i ve vzdálenosti 13 miliard světelných let do vesmíru stále platí pravidla obecné relativity. 'Otestovali jsme teorii obecné relativity dále než kdokoli jiný,' řekl Dr. Okumura. „Je pro mě výsadou, že můžeme publikovat naše výsledky 100 let poté, co Einstein navrhl svou teorii.“
Tyto výsledky pomohly vyřešit něco, nad čím si astronomové lámali hlavu po celá desetiletí, a to tím, zda lze prokázat, že Einsteinova kosmologická konstanta je v souladu s rozpínajícím se vesmírem. A i když různé experimenty potvrdily, že Obecná teorie relativity skutečně odpovídala pozorovacím datům, v minulosti byly poněkud omezené.
Například, Experiment Pound-Rebka , který se odehrál v roce 1960, byl prvním potvrzením Einsteinovy teorie. Tento experiment a mnohé, které následovaly v následujících desetiletích, však byly buď nepřímé, nebo se omezily na Sluneční soustavu. A experiment z roku 2010 provedená výzkumníky z Princetonské univerzity potvrdila obecnou relativitu do vzdálenosti 7 miliard světelných let.
Ale tímto experimentem byla obecná relativita potvrzena do vzdálenosti 13 miliard světelných let, což představuje převážnou většinu vesmíru, který můžeme vidět (což je 13,8 miliard světelných let). Zdá se, že i o století později se Einsteinovy teorie stále drží. A vzhledem k tomu, že kdysi tvrdil, že kosmologická konstanta byla „největší chybou“ jeho vědecké kariéry!
Další čtení: Publikace Astronomické společnosti Japonska