Vesmír je jedinečné laboratórium na testovanie zákonov fyziky, najmä zákonov Eulera a Einsteina. Euler opísal pohyby nebeských objektov, zatiaľ čo Einstein opísal spôsob, akým nebeské objekty deformujú vesmír. Od objavu temnej hmoty a zrýchlenia expanzie vesmíru bola platnosť ich rovníc podrobená skúške: sú schopné vysvetliť tieto záhadné javy? Tím výskumníkov z Univerzity v Ženeve (UNIGE) vo Švajčiarsku vyvinul prvú metódu, ako to zistiť. Zvažuje doteraz nepoužívané opatrenie: skreslenie času. Výsledky sú publikované v odbornom časopise Nature Astronomy.
Teórie Leonharda Eulera (1707-1783) a Alberta Einsteina (1879-1955) spôsobili revolúciu v našom chápaní vesmíru. So slávnou rovnicou, ktorá nesie jeho meno, dal Euler vedcom mocný nástroj na výpočet pohybov galaxií vo vesmíre. Einstein svojou teóriou všeobecnej relativity demonštroval, že vesmír nie je statický rámec: môže byť skreslený hviezdokopami a galaxiami.
Fyzici tieto rovnice testovali všemožnými spôsobmi, ktoré sa zatiaľ osvedčili. Dva objavy však naďalej testujú tieto modely: zrýchlenie expanzie vesmíru a existencia neviditeľnej temnej hmoty, o ktorej sa predpokladá, že tvorí 85 % všetkej hmoty vo vesmíre. Riadia sa tieto záhadné javy stále rovnicami Einsteina a Eulera? Výskumníci stále nedokážu odpovedať na túto otázku.
Chýbajúca prísada
Ako vysvetlila Camille Bonvin, docentka na Katedre teoretickej fyziky Prírodovedeckej fakulty UNIGE a prvá autorka štúdie: „Problém je v tom, že súčasné kozmologické údaje nám neumožňujú rozlíšiť medzi teóriou, ktorá porušuje Einsteinove rovnice, a teóriou, ktorá porušuje Eulerovu rovnicu. To je to, čo demonštrujeme v našej štúdii. Predstavujeme aj matematickú metódu riešenia tohto problému. Toto je vyvrcholením desiatich rokov výskumu.“
Výskumníci nedokázali rozlíšiť medzi platnosťou týchto dvoch rovníc na samom okraji vesmíru, pretože im chýbala „zložka“: meranie skreslenia času. Ako dodala Camille Bonvin: „Dovtedy sme vedeli len merať rýchlosť nebeských objektov a súčet skreslenia času a priestoru. Vyvinuli sme metódu na prístup k tomuto dodatočnému meraniu a je to prvá.“
Ak sa časové skreslenie nerovná súčtu času a priestoru – teda výsledku vytvoreného teóriou všeobecnej relativity – znamená to, že Einsteinov model nefunguje. Ak časové skreslenie nezodpovedá rýchlosti galaxií vypočítanej pomocou Eulerovej rovnice, znamená to, že táto neplatí. Ako vysvetlil Levon Pogosian, profesor na Katedre fyziky na Simon Fraser University v Kanade a spoluautor štúdie: „To nám umožní zistiť, či vo vesmíre existujú nové sily alebo hmota, ktoré porušujú tieto dve teórie.“
Kontrola reality
Tieto výsledky budú kľúčovým príspevkom k niekoľkým misiám, ktorých cieľom je určiť pôvod zrýchlenej expanzie vesmíru a povahu temnej hmoty. Patrí medzi ne vesmírny teleskop EUCLID, ktorý v júli 2023 vypustí Európska vesmírna agentúra (ESA) v spolupráci s UNIGE, a spektroskopický prístroj pre temnú energiu (DESI), ktorý začal svoju 5-ročnú misiu v roku 2021 v Arizone. Existuje aj medzinárodný projekt obrovského rádioteleskopu SKA (Square Kilometer Array) v Južnej Afrike a Austrálii, ktorý začne s pozorovaniami v rokoch 2028/29.
Ako uviedla na záver Camille Bonvin: „Naša metóda bude integrovaná do týchto rôznych misií. To je už prípad spoločnosti DESI, ktorej sme sa vďaka tomuto výskumu stali externými spolupracovníkmi.“ Výskumný tím úspešne otestoval svoj model na syntetických katalógoch galaxií. Ďalšia fáza bude zahŕňať testovanie pomocou prvých údajov poskytnutých spoločnosťou DESI, ako aj identifikáciu prekážok a minimalizáciu systematických prvkov, ktoré by mohli brániť jej aplikácii.
Viac informácií:
Modified Einstein versus modified Euler for dark matter
Zdroj: https://www.unige.ch, zverejnené: 26. 6. 2023, autor: rpa
