Studienergebnisse zeigen, dass die Schwerkraft während des gesamten Zeitalters des Universums konstant geblieben ist

Seit über einem Jahrhundert wissen Astronomen, dass sich das Universum seitdem ausdehnt Urknall . In den ersten 8 Milliarden Jahren war die Expansionsrate relativ konstant, da sie durch die Schwerkraft gebremst wurde.

Dank Missionen wie der Hubble-Weltraumteleskop Seitdem haben Astronomen herausgefunden, dass sich die Expansionsrate vor etwa fünf Milliarden Jahren beschleunigt hat.

Dies führte zu der weithin akzeptierten Theorie, dass eine mysteriöse Kraft hinter der Expansion steckt (bekannt als Dunkle Energie ), während einige darauf bestehen, dass sich die Schwerkraft im Laufe der Zeit verändert haben könnte.

Dies ist eine umstrittene Hypothese, da sie das bedeutet Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie (was seit Sonntag auf neun Arten bestätigt wurde) ist falsch.

Doch laut einer neuen Studie des International Umfrage zur Dunklen Energie (DES) Kollaboration, die Natur der Schwerkraft ist während der gesamten Geschichte des Universums gleich geblieben.

Diese Erkenntnisse kommen kurz vor zwei Weltraumteleskopen der nächsten Generation ( Nancy Grace Roman Und Euklid ) werden in den Weltraum geschickt, um noch genauere Messungen der Schwerkraft und ihrer Rolle in der kosmischen Entwicklung durchzuführen.

Die DES-Kollaboration besteht aus Forschern von Universitäten und Instituten in den USA, Großbritannien, Kanada, Chile, Spanien, Brasilien, Deutschland, Japan, Italien, Australien, Norwegen und der Schweiz.

Ihre Ergebnisse des dritten Jahres wurden auf der vorgestellt Internationale Konferenz über Teilchenphysik und Kosmologie (COSMO'22), die vom 22. bis 26. August in Rio de Janeiro stattfand.

Sie wurden auch in einem Artikel mit dem Titel „ Ergebnisse des Dark Energy Survey Jahr 3: Einschränkungen bei Erweiterungen des Lambda CDM mit schwacher Linsenwirkung und Galaxienhaufen ', das in der Zeitschrift der American Physical Society erschien Körperliche Untersuchung D .

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , das er 1915 fertigstellte, beschreibt, wie sich die Krümmung der Raumzeit in Gegenwart der Schwerkraft verändert.

Seit über einem Jahrhundert hat diese Theorie fast alles in unserem Universum genau vorhergesagt Quecksilber 's Umlaufbahn und Gravitationslinsen auf die Existenz von Schwarze Löcher .

Doch zwischen den 1960er und 1990er Jahren wurden zwei Diskrepanzen entdeckt, die Astronomen dazu veranlassten, sich zu fragen, ob Einsteins Theorie richtig war. Erstens stellten Astronomen fest, dass die Gravitationseffekte massiver Strukturen (wie Galaxien und Galaxienhaufen) nicht mit ihrer beobachteten Masse übereinstimmten.

Daraus entstand die Theorie, dass der Raum mit einer unsichtbaren Masse gefüllt ist, die über die Schwerkraft mit „normaler“ (auch „leuchtender“ oder sichtbarer) Materie interagiert. Unterdessen führte die beobachtete Ausdehnung des Kosmos (und wie er einer Beschleunigung unterliegt) zur Theorie der Dunklen Energie und der Lambda-Kälte Dunkle Materie (Lambda CDM) kosmologisches Modell.

Kalte Dunkle Materie ist eine Interpretation, bei der diese Masse aus großen, sich langsam bewegenden Teilchen besteht, während Lambda Dunkle Energie darstellt. Theoretisch machen diese beiden Kräfte 95 Prozent des gesamten Massenenergiegehalts des Universums aus, doch alle Versuche, direkte Beweise dafür zu finden, sind gescheitert.

Die einzig mögliche Alternative besteht darin, dass die Relativitätstheorie geändert werden muss, um diese Diskrepanzen zu berücksichtigen. Um herauszufinden, ob das der Fall ist, nutzten Mitglieder des DES das Victor M. Blanco 4-Meter-Teleskop Bei der Interamerikanisches Observatorium Cerro Telolo in Chile, um Galaxien in einer Entfernung von bis zu 5 Milliarden Lichtjahren zu beobachten.

Sie hofften herauszufinden, ob sich die Schwerkraft in den letzten 5 Milliarden Jahren (seit Beginn der Beschleunigung) oder über kosmische Entfernungen verändert hat. Sie konsultierten auch Daten anderer Teleskope, darunter der ESA Planck-Satellit , das das kartiert hat Kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) seit 2009.

Sie achteten genau darauf, dass die Bilder, die sie sahen, subtile Verzerrungen aufgrund dunkler Materie (Gravitationslinsen) aufwiesen. Als die erstes Bild aus der entlassen James Webb-Weltraumteleskop (JWST) können Wissenschaftler auf die Stärke der Schwerkraft schließen, indem sie analysieren, inwieweit eine Gravitationslinse die Raumzeit verzerrt.

Bisher hat die DES-Kollaboration die Formen von über 100 Millionen Galaxien gemessen, und die Beobachtungen stimmen alle überein Generelle Relativität prognostiziert. Die gute Nachricht ist, dass Einsteins Theorie immer noch gilt, aber das bedeutet auch, dass das Geheimnis der Dunklen Energie vorerst bestehen bleibt.

Glücklicherweise müssen Astronomen nicht lange warten, bis neue und detailliertere Daten verfügbar sind. Erstens gibt es die ESAs Euklid-Mission , dessen Markteinführung spätestens 2023 geplant ist. Diese Mission wird die Geometrie des Universums kartieren und dabei 8 Milliarden Jahre in die Vergangenheit blicken, um die Auswirkungen von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu messen.

Bis Mai 2027 wird das römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA hinzukommen, das über 11 Milliarden Jahre zurückblicken wird. Dies werden die detailliertesten kosmologischen Untersuchungen sein, die jemals durchgeführt wurden, und es wird erwartet, dass sie die überzeugendsten Beweise für (oder gegen) das Lambda-CDM-Modell liefern.

Wie die Co-Autorin der Studie, Agnès Ferté, die die Forschung als Postdoktorandin am JPL durchführte, kürzlich in einem Bericht sagte Pressemitteilung der NASA :

„Es gibt immer noch Raum, Einsteins Gravitationstheorie in Frage zu stellen, da die Messungen immer präziser werden.“ Aber wir haben noch so viel zu tun, bevor wir für Euklid und Roman bereit sind. Daher ist es wichtig, dass wir weiterhin mit Wissenschaftlern auf der ganzen Welt an diesem Problem zusammenarbeiten, wie wir es beim Dark Energy Survey getan haben.“

Darüber hinaus werden die von Webb bereitgestellten Beobachtungen der frühesten Sterne und Galaxien im Universum es Astronomen ermöglichen, die Entwicklung des Kosmos von seinen frühesten Perioden an zu verfolgen. Diese Bemühungen haben das Potenzial, einige der dringendsten Rätsel im Universum zu lösen.

Dazu gehört, wie die Relativitätstheorie und die beobachtete Masse und Ausdehnung des Universums zusammenfallen, könnten aber auch Einblicke in die Wechselwirkung der Schwerkraft und der anderen Grundkräfte des Universums (wie durch die Quantenmechanik beschrieben) geben – a Theorie von allem (Dann).

Wenn es etwas gibt, das die gegenwärtige Ära der Astronomie charakterisiert, dann ist es die Art und Weise, wie Langzeitdurchmusterungen und Instrumente der nächsten Generation zusammenkommen, um zu testen, was bisher der Stoff der Theorie war.

Die potenziellen Durchbrüche, zu denen dies führen könnte, werden uns sicherlich sowohl erfreuen als auch verwirren. Aber letztendlich werden sie die Art und Weise, wie wir das Universum betrachten, revolutionieren.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .