BERKELEY. Všeobecná teória relativity Alberta Einsteina úspešne prešla najnovším testom v kozmológii, ktorý sa týka zoskupovania galaxií v meradle desiatok miliónov svetelných rokov. Test podporil aj existenciu záhadnej tmavej hmoty.
V časopise Nature to napísal sedemčlenný medzinárodný tím, ktorý koordinoval Uros Seljak z Kalifornskej univerzity v Berkeley (USA), Zurišskej univerzity (Švajčiarsko) a Univerzity Ewha v Soule (Južná Kórea). Prvou autorkou bola jeho bývalá študentka, doktorandka Reinabelle Reyesová z Princetonskej univerzity (USA).
Vesmír hrá podľa Einsteina
Moderná fyzika má dva hlavné piliere: kvantovú teóriu a teóriu relativity. Všeobecná teória relativity je, samozrejme, hojne využívaná aj v kozmológii, náuke o stavbe a vývoji vesmíru v najväčších meradlách. No viac teoreticky ako experimentálne.
Hoci bola vo vesmíre veľakrát overená v meradle slnečnej sústavy, jej testy v meradle Mliečnej cesty a väčšom prinášali výsledky, neumožňujúce definitívne závery. A jej alternatívy nepredkladali predpovede testovateľné vo veľkom meradle.
Tím Urosa Seljaka teraz analýzou zoskupovania galaxií preukázal, že vesmír až do vzdialenosti 3,5 miliardy svetelných rokov, čo je takmer tretina cesty k okraju jeho známej časti, hrá podľa pravidiel, ktoré v roku 1915 uverejnil Albert Einstein.
Dôležitým výsledkom je tiež záver, že najpravdepodobnejším vysvetlením významnej časti pozorovaných pohybov týchto galaxií a kôp galaxií je existencia tzv. tmavej hmoty, ktorá sa prejavuje gravitačným vplyvom, avšak nie žiarením.
Alternatívy zlyhali
Na prechode ku kozmologickému meradlu je príjemná tá skutočnosť, že v jeho rámci môžeme testovať ľubovoľnú úplnú alternatívnu teóriu gravitácie, lebo by mala predpovedať veci, ktoré pozorujeme. V týchto testoch však zlyhali alternatívne teórie, nevyžadujúce tmavú hmotu, povedal Uros Seljak.
Zvlášť mal na mysli tzv. tenzorovú-vektorovú-skalárnu teóriu (TeVeS), ktorá modifikuje všeobecnú teóriu relativity tak, aby sa pri vysvetľovaní vesmíru dalo zaobísť bez tmavej hmoty. Nové testy tiež spochybňujú vlaňajšiu správu, že skorý vesmír v období pred 11 až 8 miliardami rokov sa odchyľuje od opisu gravitácie vo všeobecnej teórii relativity.
Na snímke dva rezy 3-D mapou rozloženia galaxií z SDSS. Zem je v strede a vonkajší okruh približne 2,3 miliardy svetelených rokov od nej – vesmír vo veľkom meradle má akúsi penovitú štruktúru, galaxie sa zoskupujú do vlákien a plôch na stenách „bublín“.
Tmavá hmota, vyše štvornásobne presahujúca množstvo bežnej, už vytvorila v astronómii a kozmológii dosť vzrušenia. K tomu ešte treba prirátať tzv. tmavú energiu, predstavujúcu takmer tri štvrtiny einsteinovskej hmoty-energie vesmíru, ktorá vzišla z úsilia pochopiť očividne sa zrýchľujúce rozpínanie vesmíru.
Na ňu zasa reaguje tzv. f(R) teória, ktorá vysvetľuje toto rozpínanie bez tmavej energie.
V testoch vyhrala relativita
Kozmologické testy alternatívnych teórií gravitácie sú veľmi zložité. Nedávno však tím, ktorý viedol Čang Pcheng-ťie zo Šanghajského observatória (Čína), odporučil, aby sa pri nich využívala veličina označená EG, ktorá zohľadňuje rozsah zoskupovania pozorovaných galaxií i rozsah deformácie tvaru týchto galaxií, ktoré spôsobuje ohyb svetla, čo prechádza cestou k nám okolo inej hmoty (efekt gravitačnej šošovky).
EG je priamo úmerná strednej hustote vesmíru a nepriamo rýchlosti rastu vesmírnej štruktúry a citlivo reaguje na prípadné odchýlky od Einsteinových predpovedí.
Uros Seljak s kolegami určili na základe údajov o vyše 70-tisíckach galaxií z prieskumu oblohy SDSS (Sloan Digital Sky Survey) hodnotu EG na 0,39 a porovnali ju s predpoveďami teórií TeVeS a f(R) na jednej strane a tzv. modelu chladnej tmavej hmoty, založeného na všeobecnej teórii relativity s použitím tzv. kozmologickej konštanty, ktorý zohľadňuje aj tmavú energiu.
Výsledky jednoznačne vylúčili TeVeS, f(R) je v rozpätí chýb meraní, všeobecná teória relativity sa s meraniami zhoduje výborne, predpovedá EG 0,4.
Ešte spresniť
Vedci chcú toto porovnávanie spresniť zahrnutím meraní približne milióna galaxií, keď asi o päť rokov budú k dispozícii údaje novej generácie SDSS. Do 10-15 rokov by mali byť dostupné ešte presnejšie zo satelitov NASA JDEM (Joint Dark Energy Mission, Spoločná misia pre výskum tmavej energie) a európskej kozmickej agentúry ESA Euclid.
Uros Seljak však zdôraznil, že testy tohtoto typu síce potvrdia (alebo nepotvrdia) tmavú hmotu a tmavú energiu, neprezradia však nič o ich podstate. Na to treba iné experimenty.
Zdroje: Nature z 11.3.2010; Komuniké University of California Berkeley z 10.3.2010
