A VLT az Einstein-féle általános relativitáselmélet legpontosabb, Tejútrendszeren kívüli tesztjét szolgáltatta

3261

Az ESO chilei VLT távcsőegyüttesének MUSE műszerével és a NASA/ESA Hubble-űrtávcsővel csillagászok az Einstein-féle általános relativitáselmélet eddigi legpontosabb, Tejútrendszeren kívüli tesztjét szolgáltatták. Az ESO 325-G004 katalógusjelű közeli galaxis erős gravitációs lencseként működve a mögötte elhelyezkedő távoli galaxis képét ún. Einstein-gyűrűvé torzítja. Az ESO 325-G004 tömegének és az általa okozott térgörbületnek az összehasonlításából a kutatók megállapították, hogy a gravitáció ezeken a tényleg „csillagászati” távolságskálákon is az általános relativitáselmélet által jelzett módon viselkedik. Az eredmény a gravitáció néhány alternatív magyarázatát is kizárja.

Az ESO VLT távcsőegyüttese MUSE műszerének adatai alapján a Thomas Collett (University of Portsmouth, Egyesült Királyság) által vezetett csoportnak elsőként sikerült meghatároznia az ESO 325-G004 katalógusjelű közeli elliptikus galaxis tömegét a csillagai mozgásának vizsgálatából.

Collett így kezdi magyarázatát: „Az chilei VLT távcsőegyüttest használtuk arra, hogy megmérjük, milyen gyorsan mozognak a csillagok az ESO 325-G004 galaxisban – ez pedig lehetővé tette számunkra annak meghatározását, mekkora tömegűnek kell lennie a galaxisnak ahhoz, hogy ezeket a csillagokat a pályájukon tartsa.”

A csoportnak azonban a gravitáció egy másik megnyilvánulását is sikerült kimérnie. A NASA/ESA Hubble-űrteleszkópjával észlelték egy távoli galaxisnak az ESO 325-G004 által Einstein-gyűrűvé torzított képét is. A gyűrű megfigyelése pedig azt tette lehetővé számukra, hogy megmérjék, a fény hogyan térül el az ESO 325-G004 hatalmas tömege által meggörbített téridőben. Az Einstein-féle általános relativitáselmélet szerint az objektumok torzítják maguk körül a téridőt, ennek következtében pedig a mellettük elhaladó fény elhajlik. Az így előálló jelenség az ún. gravitációslencse-hatás, amely azonban csak nagyon nagy tömegű objektumok esetében jelentős igazán. Jelenleg néhány száz erős gravitációs lencse ismert, de a legtöbbjük túlságosan távol van ahhoz, hogy a tömegét a szükséges pontossággal megmérhessük. Az ESO 325-G004 azonban egyik legközelebbi közülük, a Földtől csak 450 millió fényévre van.

Az ESO 325-G004 galaxisnak a NASA/ESA Hubble-űrtávcsöve és a VLT MUSE műszere által gyűjtött adatok alapján összeállított képe. A MUSE az ESO 325-G004 csillagainak sebességét mérte, az ez alapján összeállított sebességdiszperzió-térképet pedig a Hubble-űrtávcső képére montírozták. A csillagok sebességeinek ismeretében a csillagászok meg tudták határozni az ESO 325-G004 tömegét. Az inzertkép egy sokkal távolabbi galaxisnak az ESO 325-G004 gravitációslencse-hatására Einstein-gyűrűvé torzult képét mutatja, amely azután vált láthatóvá, hogy az előtérlencse fényét levonták a képből. Forrás: ESO, ESA/Hubble, NASA

Collett így folytatja: „A MUSE adataiból ismerjük az előtérgalaxis tömegét, a gravitációs lencsézés mértékét pedig a Hubble képei alapján mértük meg. A kettő összehasonlításából következtethettünk a gravitáció erősségére – az eredmény az lett, amit az általános relativitáselmélet jósol, a hiba pedig mindössze 9 százalékos. Eddig ez az általános relativitáselmélet legpontosabb, Tejútrendszeren kívüli tesztje. És csak egy galaxist használtunk hozzá!”

Az általános relativitáselmélet helyességét Naprendszer-léptékben már rendkívüli pontossággal tesztelték,  a Tejútrendszer centrumában lévő csillagok mozgásának vizsgálata is folyik e célból, de ennél nagyobb skálákon eddig nem léteztek kellően pontos tesztek. A gravitáció nagy léptékű viselkedésének ismerete ugyanakkor kulcsfontosságú a jelenlegi kozmológiai modellünk érvényességének megállapításához.

A sematikus ábra azt magyarázza, hogy egy távoli galaxis fénye miként torzul egy közelebbi előtérgalaxis hatására, amelynek gravitációs tere úgy viselkedik, mint egy lencse, és a távoli forrás képét egy fényesebb, jellegzetes fénykarikává, ún. Einstein-gyűrűvé torzítja. A torzítás elemzése feltárta, hogy egyes távoli csillagontó galaxisok fényessége a Nap fényességének akár 40 billiószorosa, a gravitációslencse-hatás okozta nagyítás pedig 22-szeres is lehet. Forrás: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

Az eredménynek a gravitáció általános relativitáselmélettel szembeni alternatív modelljei szempontjából is jelentős következményei lehetnek. Ezek az alternatív elméletek azt jósolják, hogy a gravitációnak a téridő görbületére gyakorolt hatása „skálafüggő”. Ez azt jelenti, hogy nagy skálákon a gravitációnak másként kellene viselkednie, mint a Naprendszer jóval kisebb léptékében. Collett és csoportja szerint kicsi a valószínűsége annak, hogy 6000 fényéves lépték alatt ez igaz lenne.

„Ámulatba ejtő, hogy az Univerzum laboratóriumként még ilyen lencséket is felkínál nekünk” – teszi hozzá Bob Nichol (University of Portsmouth). „Felemelő érzés a világ legjobb teleszkópjaival bizonyítani azt, mennyire igaza volt Einsteinnek.”

Forrás: eso1819hu – Tudományos közlemények

Hozzászólás

hozzászólás