Учени промениха теорията на Айнщайн, за да обяснят разширяването на Вселената

Теорията за гравитацията на Айнщайн, известна още като Обща теория на относителността е крайъгълен камък на съвременната космология. Тя е многократно потвърждавана от експериментални данни и е помогнала да се обяснят много космически явления, като например ефекта на гравитационната леща, открит от Артър Едингтън през 1919 година, аномалиите в орбитата на Меркурий, галактическите червени отмествания и гравитационните вълни.

Въпреки това астрономическите наблюдения на ръба на космологичния хоризонт, където най-отдалечените галактики се отдалечават от нас със скорост, близка до тази на светлината показват, че гравитацията може да се държи по различен начин в най-големите мащаби.

Учените предложиха да се подобри теорията на Айнщайн, като се добави проста „бележка“ към уравненията му, която може да се разглежда като „космическа грешка“ в разбирането на гравитацията.

Космологът Нияеш Афшорди, старши автор на ново изследване, публикувано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics описва модела на „космическата грешка“ като разширение на теорията за гравитацията на Айнщайн. Афшорди и колегите му предполагат, че тази бележка не само обяснява наблюдаваните несъответствия в големи мащаби, но също така помага за облекчаване на други напрежения в астрономията, при които предсказанията на най-добрите теории не съвпадат с астрономическите наблюдения, включително скоростта на разширяване на Вселената и изобилието на свръхнови в галактиките.

Моделът на „космическата грешка“ се основава на теоретични предизвикателства към теорията за гравитацията на Айнщайн.

„От гледна точка на наблюденията тези аномалии в данните съществуват от повече от десетилетие.“

казва Афшорди, който е професор по астрофизика в Университета на Ватерло и изследовател в Института „Периметър“

През последните десетилетия учените са правили много опити да модифицират теорията за гравитацията на Айнщайн, за да отговаря по-добре на наблюденията. Една от тези теории е „масовата гравитация“, предложена от физика-теоретик Клаудия де Рам от Имперския колеж в Лондон. Друга теория е MOND, която прилага модифицирана теория на Нютонова динамика и е разработена като алтернатива на теориите за тъмната материя. Съществуват и теории за ранната тъмна енергия, които предполагат, че тъмната енергия, отговорна за разширяването на Вселената е била много по-силна през първите 100 000 години след Големия взрив.

За разлика от тези теории, които се основават на несъответствия в данните, моделът на „космическата грешка“ изхожда от фундаментални теоретични предизвикателства към теорията на Айнщайн.

Афшорди отбелязва, че теорията им е разработена, за да се справи с тези теоретични проблеми. След това те решават да проверят доколко тази теория съответства на данните от наблюденията, получени от телескопа „Планк“, който изследва космическото микровълново фоново лъчение от 2009 до 2013 година. Резултатите са изненадващи.

Обикновено стойността на гравитационната константа в уравненията на Айнщайн точно обяснява почти всички наблюдавани явления във Вселената. Уравненията, свързани с наблюденията на космологичния хоризонт обаче изискват различна стойност на гравитационната константа.

Колегата на Афшорди и съавтор на изследването Робин Уен, който наскоро е завършил Университета на Ватерло и сега работи в Калифорнийския технологичен институт обяснява, че ефектът се състои в това, че гравитацията става с около 1 % по-слаба на разстояния, обхващащи милиарди светлинни години.

Изследователите откриват, че прилагането на техния модел на „космическа грешка“ намалява и две важни напрежения в астрономията.

Най-значимото е известното напрежение на Хъбъл – разминаването в стойностите на константата на Хъбъл, която представя скоростта на разширяване на Вселената.

Наблюденията на космическото микровълново фоново лъчение дават една стойност на константата на Хъбъл, докато наблюденията, основани на свръхнови в далечни галактики дават различна стойност. Моделът също така намалява ключов компонент на напрежението на клъстерите, който измерва неочакваното изобилие на галактически супергрупи във Вселената.

Моделът обаче влошава точността на прогнозите за барионните акустични осцилации (BAO) – малки вълни в средните разстояния между галактиките, произхождащи от ранната Вселена. Авторите се надяват, че тези несъответствия могат да бъдат подобрени с по-добри модели и наблюдения.