Тканина простору-часу теж піддається впливу гравітації. Розмістіть масу — і простір-час викривляється навколо неї, подібно до того, як трапляється, якщо поставити боулінгову кулю на батут.
Ця вм’ятина у просторі-часі є наслідком того, що ми називаємо гравітаційною ямою. Вперше це явище було описано понад 100 років тому в рівняннях поля Альберта Ейнштейна в його теорії загальної відносності. Ці рівняння й досі залишаються незаперечними. Цікаво, що ж такого Ейнштейн додавав у свій суп? Що б це не було, загальна відносність залишається надійною теорією.
Ми знаємо це, зокрема, завдяки тому, що світло, подорожуючи викривленим простором-часом, теж викривляється. Це призводить до того, що світло, яке ми отримуємо, стає спотвореним, розтягнутим, продубльованим і збільшеним — явище, відоме як гравітаційне лінзування. Ця особливість простору-часу не лише спостережувана й вимірювана, але й є чудовим інструментом для дослідження Всесвіту.
Однак команда дослідників виявила, що передбачена викривленість простору-часу, розрахована за допомогою рівнянь загальної відносності, не завжди відповідає тому, що спостерігається. Висновки базуються на даних Dark Energy Survey, який наразі досліджує сотні мільйонів галактик у космосі. Це не означає, що теорія неправильна, але може вказувати на наявність чогось, що ще не враховано.
“До цього дані Dark Energy Survey використовувалися для вимірювання розподілу матерії у Всесвіті”, — пояснює фізик Каміль Бонвен із Женевського університету у Швейцарії. “У нашому дослідженні ми використали ці дані для прямого вимірювання спотворення часу і простору, що дозволило нам порівняти результати з прогнозами Ейнштейна”.
Dark Energy Survey — це міжнародна колаборація, яка використовує потужний оптичний інструмент на 4-метровому телескопі Віктора М. Бланко в обсерваторії Серро Тололо в Чилі. Її головна мета — дослідження темної енергії, загадкової сили, яка спричиняє прискорене розширення Всесвіту.
Команда на чолі з астрономом Ісааком Тутюсо з Тулузького університету у Франції використала ці дані для перевірки передбачувальної сили рівнянь Ейнштейна. Дослідники виміряли спотворення простору-часу через гравітаційні ями у чотирьох різних епохах: приблизно 3,5, 5, 6 і 7 мільярдів років тому.
Порівнявши ці вимірювання з теоретичними передбаченнями, вони виявили цікаву закономірність: частина спостережень збігалася з прогнозами, але не всі.
“Ми з’ясували, що у далекому минулому — 6 і 7 мільярдів років тому — глибина ям добре відповідає прогнозам Ейнштейна”, — пояснює Тутюсо. “Однак у ближчі часи, 3,5 і 5 мільярдів років тому, вони трохи мілкіші, ніж передбачено”.
Ця розбіжність може бути важливою. Наприклад, це може свідчити про те, що гравітаційні ями зростають повільніше у недавньому минулому Всесвіту. Крім того, дані про розширення простору-часу свідчать, що Всесвіт почав розширюватися швидше саме в цей період.
Розбіжність може вказувати на зв’язок між прискоренням Всесвіту, спричиненим темною енергією, та повільним зростанням гравітаційних ям у той самий період. Потрібні додаткові спостереження для підтвердження цих висновків.
“Наші результати показують, що передбачення Ейнштейна мають невідповідність із вимірюваннями на рівні 3 сигма”, — зазначає фізик Натассія Грімм із Женевського університету.
“У термінах фізики така невідповідність заслуговує на увагу і вимагає подальших досліджень. Але для того, щоб поставити під сумнів теорію, необхідно досягти рівня 5 сигма. Тому важливо провести точніші вимірювання, щоб підтвердити або спростувати ці попередні результати й дізнатися, чи залишиться ця теорія дійсною у нашому Всесвіті на великих масштабах”.
