Pressemeddelelse

Einsteins generelle relativitetsteori testet med VLT udenfor Mælkevejen - bedre end nogensinde før

Nogle af de alternative teorier for tyngdekraftens natur er nu udelukket.

21. juni 2018

Einsteins generelle relativitetsteori gælder også udenfor Mælkevejen, viser den hidtil mest præcise test. Det er observationer med instrumentet MUSE på ESOs Very Large Telescope i Chile og Hubble Rumteleskopet, som har samarbejdet om det nye resultat. Den nære galakse ESO 325-G004 fungerer som gravitationslinse, hvor lyset fra en fjernere galakse længere borte bliver afbøjet, og danner en einsteinring. Sammenligninger imellem massen for ESO 325-G004 og rummets krumning omkring den viser, at tyngdekraften også på disse astronomiske afstande opfører sig som forudsagt efter den generelle relativitetsteori.

Det er et forskerhold ledet af Thomas Collett fra University of Portsmouth, UK, som har brugt instrumentet MUSE på ESOs VLT til undersøgelsen. De beregnede først massen for ESO 325-G004 ved at måle stjernernes bevægelser inde i denne nære elliptiske galakse.

Collett forklarer: "Vi brugte data fra Very Large Telescope i Chile til at måle hvor hurtigt stjernerne bevæger sig inde i ESO 325-G004. Det gjorde det muligt for os at beregne, hvor meget masse, der i alt må være i galaksen for at den kan holde disse stjerner i deres kredsløb."

Men forskerne har også målt tyngdekraften på en anden måde. Med NASA/ESA Hubble Space Telescope, har de observeret en Einstein ring. Den stammer fra lys fra en fjern galakse langt bag ESO 325-G004. Lyset bliver forvrænget af tyngdekraften fra den nære galakse, og det gøre det muligt for astronomerne at måle hvor meget lyset, og dermed selve rumtiden bliver påvirket af den enorme masse i ESO 325-G004.

Einsteins generelle relativitetsteori forudsiger, at objekter vil deformere rumtiden omkring dem, således at lys, som passerer forbi objektet bliver afbøjet. Det fænomen kaldes for en gravitationslinse. Det ses kun ved meget tunge objekter. Astronomerne kender til nogle få hundrede kraftige gravitationslinser, men de fleste er for langt væk til, at man præcist kan måle deres masse. Heldigvis er galaksen ESO 325-G004 "kun" 450 millioner lysår fra os på Jorden, så det er en af de nærmeste, som viser linsefænomenet.

Collett fortsætter: "Vi kender massen af forgrundsgalaksen fra MUSE, og vi har så målt ved hjælp af Hubble-billededet hvor kraftig linseeffekten er. Dernæst har vi sammenlignet de to måder at måle tyngdekraftens styrke på - og resultatet var præcis hvad der er forudsagt i den generelle relativitetsteori. Usikkerheden er på kun 9 procent. Dermed er det den mest nøjagtige test af den generelle relativitet for fænomener udenfor Mælkevejen til dato. Og vi har blot kigget på en enkelt galakse!"

Generel relativitet er allerede blevet testet med uhyre stor nøjagtighed indenfor Solsystemets område, og også nogle stjerners bevægelser omkring Mælkevejens centrum studeres for tiden meget nøje, men indtil nu har vi ikke haft præcise målinger for større astronomiske afstande. Det er absolut nødvendigt også at undersøge tyngdekraftens langdistancevirkninger, fordi vores nuværende kosmoligiske modeller afhænger afgørende af det.

De nye målinger har formentlig også vigtige konsekvenser for de teorier for tyngdekraftens natur, som findes som mulige alternativer til generel relativitet. Nogle af de alternative teorier forudsiger, at virkningen af tyngdekraften på rumtidens krumning er "skalaafhængige". Det vil betyde, at tyngdekraften skulle opføre sig anderledes over store astronomiske afstande end den gør indenfor de meget mindre afstande, som vi ser det i Solsystemet. Collett og hans forskerhold har vist, at det er usandsynlig, at noget sådant er tilfældet, med mindre det først optræder for afstande større end 6000 lysår. Forskerholdet måler på det lokale tyngdefelt ud fra midten af forgrundsgalaksen ESO 325-G004 i en radius på cirka 6000 lysår ved at studere einsteinringene, og konstaterer så, at indenfor den afstand derude holder den generelle relativitetsteori. Afstanden herfra og ud til galaksen har kun betydning fordi 450 mill lysår er tæt nok på, til at en måling af spektrene med MUSE overhovedet er mulig.

"Universet er et fantastisk sted. Tænk, at der findes den slag linser, som vi kan bruge som laboratorier," tilføjer medlem af forskergruppen Bob Nichol fra University of Portsmouth. "Det er noget så fint, at vi kan bruge de bedste teleskoper i Verden til at udfordre Einsteins ideer, og at vi så finder ud af hvor meget han havde ret!"

Mere information

Forskningsresultatet her offentliggøres i en artikel med titlen “A precise extragalactic test of General Relativity” af Collett et al., i tidsskriftet Science.

Forskerholdet består af 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), R. van den Bosch (Max Planck Institute for Astronomy, Königstuhl, Heidelberg, Tyskland).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Den nye artikel i sin helhed
• Pressemeddelelsen fra ESA/Hubble
• Billeder af VLT
• Information om MUSE instrumentet på VLT

Kontakter

Ole J. Knudsen
ESON-Danmark, Stellar Astrophysics Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: 8715 5597
Mobil: 4059 4520
Email: eson-denmark@eso.org

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

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1819 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.