De zeci de ani, teoria gravitației, care decurge din relativitatea generală,
În acest moment, cercetătorii au descoperit pentru prima dată astaComportamentul galaxiilor îndepărtate nu corespunde predicțiilor teoriei gravitației. Distorsiunile spațiu-timp de la grupurile îndepărtate și sistemele stelare s-au dovedit a fi mult mai puternice decât masa unor astfel de obiecte calculată pe baza observațiilor.
Mai târziu, la sfârșitul anilor 1990, cercetătoriia descoperit un alt fapt neobișnuit. Se dovedește că rata de expansiune a universului crește cu timpul. Acest efect a reprezentat o altă provocare pentru teoria lui Albert Einstein: efectele gravitaționale ale materiei trebuiau să încetinească expansiunea universului, nu să o accelereze. Modelul cosmologic modern - modelul ΛCDM - a găsit răspunsuri la aceste întrebări, dar oamenii de știință nu renunță la speranța de a contesta geniul primei jumătate a secolului al XX-lea.
De ce cred oamenii de știință că universul se extinde într-un ritm accelerat?
Expansiunea accelerată a universului a fost descoperită în1998, ca urmare a muncii a două echipe independente simultan: Proiectul Cosmologie Supernova și Grupul de căutare a supernovelor High-Z. Ambele grupuri de cercetare au studiat accelerarea expansiunii Universului prin analiza exploziilor stelare îndepărtate.
Supernovele de tip La au aproape la felluminozitate standard. Observând luminozitatea unor astfel de obiecte, se poate determina cât de departe sunt acestea. În plus, pe măsură ce universul se extinde, lumina de la obiecte îndepărtate se deplasează spre partea roșie a spectrului. Măsurând deplasarea spre roșu, se poate determina cât de mult s-a extins universul de când a apărut supernova.
Astrofizicienii în timpul acestoraexperimentele erau încrezătoare că Universul ar trebui să se extindă într-un ritm mai lent, după care procesul ar trebui fie să se oprească, fie să înceapă să se contracte. Dar rezultatul neașteptat, la care ambele grupuri de oameni de știință au ajuns în mod independent, a fost că Universul se extinde într-un ritm accelerat.
Expansiunea universului a fost confirmată ulterioralte metode. Măsurarea fondului cosmologic de microunde (urme ale Big Bang-ului), efectele lentilei gravitaționale și analiza oscilațiilor acustice barionice confirmă ipoteza expansiunii Universului.
În 2007, ambele echipe care au descoperit efectul expansiunii Universului au primit Premiul Gruber în domeniul cosmologiei, iar în 2011, trei dintre participanți au primit Premiul Nobel pentru Fizică.
Expansiunea accelerată a universului. Imagine: NASA, STSci, Ann Feild
Cum se explică expansiunea accelerată?
Pentru a explica observațiile (expansiunea Universului și distorsiunea mai puternică a spațiului-timp din galaxiile îndepărtate), oamenii de știință au introdus două modele noi - materia întunecată și energia întunecată.
Materia întunecată este o formă ipoteticămaterie, despre care oamenii de știință cred că reprezintă aproximativ 85% din materia din univers. Se numește întuneric deoarece nu interacționează în niciun fel cu câmpul electromagnetic. Cu alte cuvinte, o astfel de materie nu reflectă, absoarbe sau emite lumină și alte unde electromagnetice. Cu toate acestea, are propria sa masă și, prin urmare, influența gravitațională. Adăugarea materiei întunecate la modelele cosmologice ajută la explicarea gravitației mai puternice a galaxiilor îndepărtate.
Energia întunecată este o formă ipoteticăenergie, spre deosebire de materia întunecată, se știe puțin despre ea. Se crede că energia întunecată este foarte omogenă, nu foarte densă și nu poate interacționa cu niciuna dintre forțele fundamentale, altele decât gravitația. Această energie este asociată cu energia vidului. Dacă presupunem că pe măsură ce Universul se extinde și spațiul liber crește, această energie crește, atunci se poate explica tranziția de la expansiune uniformă la expansiune accelerată.
Deși ipoteza energiei întunecate descrie bineprocesele observate în Univers, însăși existența lui și interacțiunea doar cu câmpul gravitațional sunt greu de asociat cu teoria generală a relativității și teoria gravitației a lui Einstein.
Cum se testează teoria?
Unii savanţi cred că dacă teoriagravitația nu poate explica energia întunecată, poate că este incompletă și trebuie adăugat un parametru sau o variabilă suplimentară la ecuație care va lega toate observațiile împreună. Pentru a testa această ipoteză, oamenii de știință caută în trecut semne ale unei încălcări a teoriei gravitației.
Un astfel de lucru este cercetarea internaționalăenergie întunecată folosind telescopul Victor Blanco de 4 metri din Chile. Rezultatele acestei observații au fost prezentate în august la Conferința Internațională pentru Fizica Particulelor și Cosmologie (COSMO’22) de la Rio de Janeiro.
Participanții la studiu au căutat dovezifaptul că forța gravitației s-a schimbat de-a lungul istoriei universului sau în trecutul îndepărtat. Pentru munca lor, ei au folosit, pe lângă telescopul principal Blanco, și date de la satelitul Planck al Agenției Spațiale Europene.
Astrofizicienii au studiat imaginile galaxiilor peprezența unor distorsiuni mai subtile datorate curburii spațiului de către materia întunecată – efect numit lentilă gravitațională slabă. Forța gravitației determină dimensiunea și distribuția structurilor materiei întunecate, iar dimensiunea și distribuția, la rândul lor, determină cât de curbate ne apar aceste galaxii.
Măsurând toți acești parametri, este posibil să se determine forțagravitația în galaxii îndepărtate. Și din moment ce lumina de la ele durează milioane și miliarde de ani pentru a ajunge la noi, în esență, oamenii de știință investighează modul în care s-a comportat gravitația în trecut.
Cercetătorii au raportat că au studiat dejaforțele și formele gravitaționale în peste 100 de milioane de galaxii, dar în toate experimentele, observațiile sunt pe deplin în concordanță cu teoria lui Einstein. Deci, natura energiei întunecate rămâne un mister.
Lentilele gravitaționale, ca ceea ce se vede în prima imagine James Webb, ajută oamenii de știință să exploreze materia întunecată și gravitația în sisteme îndepărtate. Imagine: NASA, ESA, CSA, STScI
Ce urmează?
Teoria lui Einstein încă rămâne în picioare, dar cercetătoriicontinua să-și testeze puterea. O nouă încercare de a explica natura energiei întunecate va fi făcută prin misiuni prin satelit. Agenția Spațială Europeană intenționează să lanseze telescopul spațial Euclid în 2023. Instrumentele dispozitivului vor măsura deplasările spre roșu ale galaxiilor situate la distanțe diferite de Pământ și vor explora relația dintre deplasarea spre roșu și distanță.
Dezvoltatorii se așteaptă ca Euclid să fie capabilPrivește înapoi cu 8 miliarde de ani. Cu ajutorul măsurătorilor ultra-precise, el va putea afla cum au fost lucrurile cu gravitația, materia întunecată și energia întunecată în această eră.
NASA plănuiește o misiune similară:în 2027, intenționează să lanseze telescopul spațial Nancy Grace Roman pe orbita Pământului. Cercetătorii cred că el va putea studia galaxiile situate la o distanță de 11 miliarde de ani lumină și va putea studia cel mai vechi univers.
Citeste mai mult:
Primele imagini ale părții subterane a lui Marte i-au surprins pe oamenii de știință
De la corp la gură: oamenii de știință au înțeles de unde provin dinții
Unde de pe planetă va fi cel mai periculos până în 2100: o nouă hartă a fost publicată
Coperta: Design Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, prin Wikimedia Commons