2d. Vesolje se ravna po Einsteinu

Splošna teorija relativnosti je prestala preizkus na veliki oddaljenosti

Analiza več kot 70.000 galaksij, ki jo je izvedla skupina raziskovalcev, vodila sta jo James Gunn in slovenski astrofizik Uroš Seljak, je pokazala, da se vesolje ravna po pravilih, ki jih pred skoraj stoletjem postavil Albert Einstein v svoji splošni teoriji relativnosti. Doslej so te ugotovitve veljale predvsem za naše osončje, ta raziskava pa je pokazala, da veljajo tudi za vesolje, ki je od nas oddaljeno do štiri milijarde svetlobnih let. Članek o tem je objavljen v zadnji številki revije Nature.

Raziskava se je opirala na podatke, ki so jih zbrali v projektu kartiranja vesolja Sloan Digital Sky Survey (SDSS) in nam je omogočil doslej najbolj natančno razporeditev galaksij na približno četrtini vidnega vesolja. Astronomi so pri obdelavi podatkov opazili, da so skupine galaksij malce bolj pogoste prav na oddaljenosti okoli 500 milijonov svetlobnih let od nas. Na podlagi vzorca razporeditve snovi v vesolju je mogoče sklepati tudi o njegovi sestavi. Trenutno velja prepričanje, da v vesolju prevladuje skrivnostna temna energija z več kot 70-odstotnim deležem, temne snovi je več kot 20 odstotkov, navadne snovi pa le približno štiri odstotke.

Meritve oddaljenih svetlih rdečih galaksij

Iz kataloga galaksij, v katerem je približno 100 milijonov galaksij, so se v raziskavi še posebej osredotočili na posebno skupino svetlih rdečih galaksij, ki so jih opazovali v projektu SDSS. Gre za galaksije, ki so oddaljene približno 4 milijarde svetlobnih let. Opravili so meritve lečenja, hitrosti galaksij in njihovih korelacij ter pri tem ugotavljali, koliko temne snovi je bilo potrebne, da se te galaksije obnašajo tako in ne drugače. Ob tem so tudi neposredno preizkušali veljavnost splošne teorije relativnosti na velikih oddaljenostih. Prvič so z meritvami dokazali, da Einsteinova splošna teorija relativnosti vesolje pojasnjuje bolje od katere koli druge teorije gravitacije.

Študija je pomembna predvsem zato, ker z meritvami potrjuje, da je prav temna snov tista nevidna in nezaznavna sila, ki določa gibanje galaksij, kot ga lahko opazujejo astronomi. »Vse druge teorije, ki ne vključujejo temne snovi, na tem testu padejo,« pravi prof. dr. Uroš Seljak, redni profesor fizike in astronomije na univerzah Berkeley in Zürich. To še posebej velja za tenzorsko-vektorsko-skalarno teorijo TeVeS (okrajšava za Tensor-Vector-Scalar), ki je med gravitacijskimi teorijami, s katerimi so želeli izpodbijati temno snov, doslej veljala za najbolj prepričljivo.

Zdaj so na vrsti gravitacijski valovi

Einsteinova teorija je tako prestala tudi preizkus z meritvami na veliki oddaljenosti v vesolju. Splošna relativnostna teorija sodi med najmanj eksperimentalno preverjene teorije. Od sredine 60. let, ko so z natančnejšimi instrumenti opazovali vesolje, so precej popravili napake prvotnih meritev, kar je tudi odpravilo večino dvomov o teoriji. Še posebej so k temu prispevala odkritja črnih lukenj in pulzarjev, ki so v marsičem spremenila naše razumevanje vesolja. Astronomi v projektu SDSS so tako pred desetimi leti odkrili zelo oddaljeni kvazar, ki je svetlobo oddal, ko je bilo vesolje staro manj kot poldrugo milijardo let.

Neodkritih pojavov, ki jih napoveduje splošna teorija relativnosti, je še nekaj. Mednje sodi tudi gravitacijsko valovanje, ki ga skušajo fiziki odkriti že vrsto let. Na Zemlji skušata te valove na ozemlju ZDA prestreči orjaška laserska interferometra kolaboracije LIGO (Laser Interferometry Gravity-waves Observatory), v Italiji se z nekoliko manjšimi napravami trudijo znanstveniki v kolaboraciji Virgo, v vesolju pa jih bo čez nekaj let začel iskati še interferometer LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Kljub vse bolj natančnim napravam imamo doslej le nekaj posrednih astronomskih dokazov za gravitacijsko valovanje. M. R.