Einsteini teooria peab paika kogu lähiuniversumis

 (30)
Einsteini teooria peab paika kogu lähiuniversumis
Miljardite valgusaastate kaugusel asuvad galaktikad.TopFoto/Scanpix

California, Zürichi ja Princetoni ülikooli füüsikute poolt läbi viidud rohkem kui 70 000 galaktikat hõlmav uurimus kinnitab, et vähemalt 3,5 miljardi valgusaasta raadiuses Maast kehtivad üldrelatiivsusteooria poolt seatud piirangud.

Analüüsides galaktikate kiirust ning paiknemist ja nende vahelise aine paigutust näitasid teadlased, et Einsteini teooria seletab lähiuniversumit paremini kui ükskõik mis teine alternatiivne gravitatsiooniteooria. See vihjab aga omakorda tumeaine eksisteerimisele. Seda kinnitab fakt, et galaktikad ja galaktikaparved liiguvad nagu mõjutaks neid mingisugune nähtamatu mass. Märkimisväärsena falsifisitseeriti ka tensor-vektor-skalaar (TeVeS) teooria, mis on üldrelatiivsusteooria kergelt modifitseeritud variant, et vältida tumeaine kaasamist. Samuti lähevad tulemused vastuollu ka eelmise aasta lõpus avaldatud uurimusega, et 8-11 miljardit aastat tagasi oli gravitatsiooni olemus teistsugune kui praegu, vahendab Fyysika.ee.

„Kosmoloogilisele skaalale minemine on tore, kuna saame kontrollida ükskõik millist alternatiivset gravitatsiooniteooriat, kuna need peaksid kehtivuse korral vaatlusandmetega kokku minema. Alternatiivsed teooriad, mis tumeaine olemasolu ei ennusta, lähevad kogutud andmetega vastuollu.” ütles uurimuse üks kaasautoreid Uros Seljak.

Einsteini üldrelatiivsusteooria kohaselt painutab gravitatsioon ruumi ja aega, mis tähendab, et valgus paindub suure massiga objektide, nagu galaktikate tuumade, lähedal. Teooriat on mitmeid kordi Päikesesüsteemi siseselt kinnitatud, ent galaktilises või kosmilises mastaabis on uurimused olnud veel ebaveenvad. „Üldrelatiivsusteooriat on galaktilises mastaabis kinnitatud mõningate ebatäpsete testidega, ent alternatiivsed teooriad lähevad katsetulemustega selgelt vastuollu,” ütleb Seljak.

Sellised testid on viimastel aastakümnetel oluliseks muutunud, sest asjaolu, et suure osa universumist moodustab nähtamatu mass häirib siiani mõningaid teoreetikuid. Tumeenergia hülgamiseks on nad valmis minema isegi nii kaugele, et kahelda üldrelatiivsusteooria paikapidavuses. Nii väidab näiteks TeVeS, et gravitatsioonist põhjustatud kiirendus sõltub lisaks keha massile ka gravitatsiooni poolt põhjustatava kiirenduse väärtusest. Samasuguseid kõhklusi tekitab tumeenergia kontseptsioon, mis põhjustab universumi kiirenemist. Seetõttu arendati välja teisi teooriaid nagu dubleeritud f(R) teooria, mis seletab paisumist ilma tumeenergia kaasamiseta.

Võistlevate teooriate kinnitamine või ümberlükkamine ei ole aga Seljaki sõnul kerge. Kosmoloogilised eksperimendid nagu kosmilise taustakiirguse mõõtmisega kaasneb tavaliselt ruumi võnkumiste mõõtmine. Gravitatsiooniteooriad aga ennustavad tiheduse ning kiiruse või gravitatsioonilise potentsiaali vahelist suhet. „Probleem on selles,et võnkumiste suurus ei ütle meile midagi kosmoloogiliste teooriate kohta. Meie rakendatud tehnika uudsus seisneb selles, et antud vaatlused ei tugine võnkumiste suurusele. Vaatlusandmete hulk on üldrelatiivsuse kontrollimiseks kui laetud relv,” väidab Seljak

Kolm aastat tagasi soovitas Pengjie Zhangi juhitud astrofüüsikute töörühm Shanghai observatooriumist kasutada kosmoloogiliste mudelite kontrollimiseks dubleeritud EG-d. EG näitab, kuidas galaktikad paiknevad ning kui palju on nende asukoht ainet läbiva valguse paindumise tõttu moonutatud on. Protsessi nimetatakse nõrgaks fokuseerimiseks ning selle tõttu võivad ümmargused galaktikad näida ovaalsetena.

„Lihtsalt öeldes on EG proportsionaalne universumi keskmise tihedusega ning pöördvõrdeline universumi struktuuride moodustumise kiirusega. Antud kombinatsioon jätab kõrvale võnkumiste suuruse ja seega keskendub antud kombinatsioonile, mis on üldrelatiivsuse modifikatsioonide kontrollimiseks ülioluline,” ütleb Seljak

Kasutades rohkem kui 70 000 kauge punase galaktika andmeid Sloani digitaalsest taevauuringust arvutasid Seljak ning tema kolleegid EG suuruse ning võrdlesid seda TeVeS-i, f(R)-i ning praeguse üldrelatiivsusteooria ja külma tumeaine/tumeenergia kombineeritud mudeliga. TeVeS-i ennustused olid lubatud veapiiridest väljaspool, mil üldrelatiivsusteooria oli tegelike andmetega kooskõlas. f(R)i poolt ennustatud EG oli mõnevõrra väiksem kui vaadeldud EG, ent siiski lubatud veapiirides.

Vea vähendamiseks ning et kontrollida teooriaid, mis jätavad kõrvale tumeenergia kontseptsiooni, loodab Seljak oma analüüsi laiendada miljonite galaktikateni. Viimane saab võimalikuks, kui SDSS-III barüonite võnkumiste spektroskoopiline uuring (BOSS) umbes viie aasta pärast lõpetatakse. LBNL-i ja UC füüsikute poolt kavandatav uuring BigBoss vähendaks viga isegi 10 kordselt. Lisaks saab lisaandmeid plaanitavatelt NASA ühendatud tumeenergia missioonilt (JDEM) ning Euroopa Kosmoseagentuuri Eukleidese missioonilt umbes 10-15 aasta pärast. Siiski rõhutab Seljak, et antud eksperimendid ei ütle meile siiski midagi tumeaine või tumeeenergia olemuse kohta, mida saab kontrollida vaid otsese vaatluse alusel.