Pomocí dalekohledu VLT vědci provedli dosud nejpřesnější test Einsteinovy obecné teorie relativity mimo naši Galaxii

ESO 019/18 tisková zpráva

Astronomové využili přístroj MUSE pracující ve spojení s dalekohledem ESO/VLT v Chile a kosmický teleskop HST k provedení dosud nejpřesnějšího testu Einsteinovy obecné teorie relativity za hranicemi naší Galaxie. Blízká galaxie s označením ESO 325-G004 funguje jako silná gravitační čočka, svým působením zakřivuje paprsky přicházející ze vzdálenějších galaxií ležících v pozadí a kolem jejího středu vzniká útvar známý jako Einsteinův prsten. Porovnáním hmotnosti galaxie ESO 325-G004 se zakřivením prostoru v jejím okolí se astronomům podařilo ukázat, že se gravitace v těchto astronomických měřítcích chová tak, jak předpovídá obecná teorie relativity. Díky tomu je možné vyloučit z vědeckých úvah některé z alternativních teorií gravitace.

S pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) a přístroje MUSE se týmu astronomů pod vedením Thomase Colletta (University of Portsmouth, UK) poprvé podařilo spočítat hmotnost blízké eliptické galaxie (elliptical galaxy) s označením ESO 325-G004, a to na základě měření pohybů jejích hvězd.

Thomas Collet vysvětluje: „Využili jsme data získaná pomocí dalekohledu VLT v Chile k měření rychlostí pohybu hvězd v galaxii ESO 325-G004 a to nám umožnilo odvodit, jak velké množství hmoty galaxie musí obsahovat, aby byla schopná tyto hvězdy udržet na jejich oběžných drahách.“

Členové týmů však byli schopni prověřit ještě další aspekt gravitačního pole této galaxie. S pomocí kosmického teleskopu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) pozorovali takzvaný Einsteinův prsten, útvar, který vzniká ohybem paprsků světla vzdálených galaxií ležících z našeho pohledu v pozadí za ESO 325-G004. Pozorování prstenu astronomům umožnilo změřit, jak výrazně je narušen chod paprsků a tedy jakým způsobem galaxie ESO 325-G004 díky velké koncentraci hmoty zakřivuje okolní prostoročas (spacetime).

Einsteinova obecná teorie relativity (general theory of relativity) říká, že hmota svojí přítomností deformuje prostoročas kolem sebe. V takto zakřiveném prostoru se pak chod paprsků světla odchyluje od přímého směru. Dochází k jevu, který je znám jako gravitační čočka (gravitational lensing). Čím je mezilehlý objekt hmotnější, tím více je jev patrný. V současnosti je známo několik set silných gravitačních čoček, ale většina z nich je příliš vzdálená na to, aby bylo možné přesně změřit hmotnost objektu, který čočku způsobuje. Galaxie ESO 325-G004 je ale jednou z nejbližších známých gravitačních čoček – je jen asi 450 milionů světelných let daleko.

Thomas Collet dále vysvětluje: „Hmotnost mezilehlé galaxie známe z měření provedených pomocí MUSE a na základě pozorování pomocí HST jsme určili sílu gravitační čočky. Následně jsme porovnali tyto dva způsoby, jakými lze stanovit sílu gravitačního pole, a výsledek odpovídá předpovědím obecné relativity s chybou pouze 9 %. Jedná se o dosud nejpřesnější test obecné teorie relativity mimo naší Galaxii. A to s využitím pouze jedné galaxie!”

V roce 1998 vědci objevili, že se vesmír rozpíná zrychlenou expanzí (tedy, že jeho rozpínání v současnosti probíhá rychleji než v minulosti) [1]. Toto nečekané zjištění není možné v současnosti vysvětlit jinak, než že většinu vesmíru tvoří exotická složka nazývaná temná energie (dark energy) (která zrychlenou expanzi způsobuje). Tato interpretace však závisí na předpokladu, že obecná teorie relativity je teorií gravitace platnou i na kosmologických škálách. Obecná teorie relativity byla mnohokrát testována s mimořádnou mírou přesnosti v měřítcích Sluneční soustavy, některé práce se zaměřily také na její platnost pro hvězdy ve středu naší Galaxie. Dosud však nebyl proveden žádný přesný test na ještě větších astronomických vzdálenostech. A právě testování vlastností gravitace na velkých škálách je velmi důležité k ověření platnosti současného kosmologického modelu.

Uvedená zjištění mohou mít zásadní následky pro alternativní teorie gravitace, které se rovněž pokoušejí vysvětlit zrychlenou expanzi vesmíru (accelerated expansion). Tyto teorie předpokládají, že vliv gravitace na zakřivení prostoročasu závisí na měřítku ("scale dependent"). To znamená, že gravitace se podle nich chová jinak na velkých astronomických škálách než v menších měřítcích Sluneční soustavy. Thomas Collet a jeho tým ale zjistili, že je to nepravděpodobné, alespoň pokud tyto rozdíly nenastávají pouze v měřítcích větších než asi 6 000 světelných let.

„Vesmír je úžasné místo a nabízí nám tyto čočky, které můžeme využít jako laboratoře,“ dodává člen týmu Bob Nichol (University of Portsmouth). „Je ohromující, že používáme ty nejlepší dalekohledy světa k ověření Einsteinových předpovědí, abychom zjistili, jak hlubokou pravdu měl.“

Zdroj

Poznámky

[1] Od roku 1929 je známo, že vesmír se rozpíná. V roce 1998 však dvojice astronomických týmů ukázala, že vesmír se v současnosti rozpíná zrychlenou expanzí (tedy rychleji než v minulosti). V roce 2011 vědci získali za tento překvapivý objev Nobelovu cenu a od té doby měly tyto výsledky zásadní vliv na naše chápání vesmíru.

Další informace

Výzkum byl publikován v článku s názvem “A precise extragalactic test of General Relativity” autorů Collett a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Science.

Složení týmu: T. E. Collett (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK), L. J. Oldham (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, UK), R. Smith (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, Durham, UK), M. W. Auger (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, UK), K. B. Westfall (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK; University of California Observatories – Lick Observatory, Santa Cruz, USA), D. Bacon (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK), R. C. Nichol (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK), K. L. Masters (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK), K. Koyama (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, UK) a R. van den Bosch (Max Planck Institute for Astronomy, Königstuhl, Heidelberg, Germany).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnějších pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 15 členských států: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a dva přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem světa, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem zařízení APEX a revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek
• tisková zpráva ESA/Hubble
• snímky dalekohledu VLT
• další informace o přístroji MUSE

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Thomas Collett; Institute of Cosmology and Gravitation — University of Portsmouth; Portsmouth, UK; Tel.: +44 239 284 5146; Email: thomas.collett@port.ac.uk

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: pio@eso.org