Эйнштейновское описание гравитации стало намного сложнее после того, как астрофизики подвергли общую теорию относительности новому испытанию с помощью изображений черных дыр.
Теория общей теории относительности Эйнштейна — идея о том, что гравитация — это материя, искривляющая пространство-время, - выдержала более 100 лет тщательного изучения и тестирования, включая новейший тест из совместной работы телескопа Горизонт событий, опубликованный сегодня в последнем выпуске Physical Review Letters.
Согласно полученным данным, теорию Эйнштейна только что стало в 500 раз труднее превзойти.
Несмотря на свои успехи, надежная теория Эйнштейна остается математически несовместимой с квантовой механикой, научным пониманием субатомного мира. Проверка общей теории относительности важна, потому что окончательная теория Вселенной должна охватывать как гравитацию, так и квантовую механику.
“Мы ожидаем, что полная теория гравитации будет отличаться от общей теории относительности, но есть много способов изменить ее. Мы обнаружили, что какой бы ни была правильная теория, она не может существенно отличаться от общей теории относительности, когда речь заходит о черных дырах. Мы действительно сжали пространство возможных модификаций”, - сказал профессор астрофизики UArizona Димитриос Псалтис, который до недавнего времени был научным сотрудником проекта Event Horizon Telescope collaboration. Псалтирь является ведущим автором новой статьи, в которой подробно излагаются выводы исследователей.
“Это совершенно новый способ проверить Общую теорию относительности с помощью сверхмассивных черных дыр”,-сказал Кейити Асада, член Научного совета EHT и эксперт по радионаблюдениям черных дыр для Института астрономии и астрофизики Academia Sinica.
Для проведения теста команда использовала первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры в центре соседней галактики М87, полученное с помощью EHT в прошлом году. Первые результаты показали, что размер тени черной дыры соответствует размеру, предсказанному общей теорией относительности.
“В то время мы не могли задать противоположный вопрос: насколько теория гравитации может отличаться от общей теории относительности и при этом соответствовать размеру тени?- сказал Уаризонский Стюард-теоретик Пьер Кристиан. “Мы задавались вопросом, есть ли что-нибудь, что мы могли бы сделать с этими наблюдениями, чтобы отобрать некоторые из альтернатив.”
Команда провела очень широкий анализ многих модификаций общей теории относительности, чтобы выявить уникальную характеристику теории гравитации, которая определяет размер тени черной дыры.
“Таким образом, теперь мы можем точно определить, согласуется ли какая-то альтернатива общей теории относительности с наблюдениями телескопа горизонта событий, не беспокоясь о каких-либо других деталях”, - сказала Лия Медейрос, аспирант Института перспективных исследований, которая была частью сотрудничества EHT с тех пор, как она была аспиранткой UArizona.
Команда сосредоточилась на ряде альтернатив, которые прошли все предыдущие испытания в Солнечной системе.
“Используя разработанный нами датчик, мы показали, что измеренный размер тени черной дыры в M87 сужает пространство для маневра для модификации общей теории относительности Эйнштейна почти в 500 раз по сравнению с предыдущими испытаниями в Солнечной системе”, - сказал профессор астрофизики UArizona Ферьял Озель, старший член коллаборации EHT. “Многие способы модификации общей теории относительности терпят неудачу в этом новом и более жестком тесте теней черных дыр.”
“Изображения черных дыр дают совершенно новый ракурс для проверки общей теории относительности Эйнштейна”, - сказал Майкл Крамер, директор Института радиоастрономии имени Макса Планка и член коллаборации EHT.
“Вместе с наблюдениями гравитационных волн это знаменует начало новой эры в астрофизике черных дыр”, - сказал Псалтис.
Проверка теории гравитации-это постоянный поиск: достаточно ли хороши предсказания общей теории относительности для различных астрофизических объектов, чтобы астрофизики не беспокоились о каких-либо потенциальных различиях или модификациях общей теории относительности?
” Мы всегда говорим, что общая теория относительности прошла все испытания с честью — если бы у меня был десятицентовик за каждый раз, когда я это слышал", - сказал Озель. “Но это правда, когда вы делаете определенные тесты, вы не видите, что результаты отклоняются от того, что предсказывает общая теория относительности. Мы хотим сказать, что, хотя все это верно, впервые у нас есть другой датчик, с помощью которого мы можем провести тест, который в 500 раз лучше, и этот датчик представляет собой размер тени черной дыры.”
Затем команда EHT ожидает более точных изображений, которые будут получены расширенным набором телескопов, включая Гренландский телескоп, 12-метровый телескоп на Китт-Пике близ Тусона и Северную обсерваторию с расширенным миллиметровым массивом во Франции.
“Когда мы получим изображение черной дыры в центре нашей собственной галактики, то сможем еще больше ограничить отклонения от общей теории относительности, - сказал Озель.
Будет ли тогда Эйнштейн все еще прав?
Международное сотрудничество телескопа Event Horizon объявило о первом в истории изображении черной дыры в сердце радиогалактики Messier 87 10 апреля 2019 года, создав виртуальный телескоп размером с Землю. При поддержке значительных международных инвестиций EHT связывает существующие телескопы с использованием новых систем — создавая новый инструмент с самой высокой угловой разрешающей способностью, которая до сих пор была достигнута.
Отдельными телескопами, участвующими в сотрудничестве EHT, являются: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXplorer (APEX), Гренландский телескоп (с 2018 года), 30-метровый телескоп IRAM, обсерватория NOEMA (ожидается 2021 год), телескоп Китт-Пик (ожидается 2021 год), телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), большой миллиметровый телескоп (LMT), Субмиллиметровая Матрица (SMA), субмиллиметровый телескоп (SMT) и телескоп Южного полюса (SPT).
***
Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки
Подписывайся на канал. Впереди много интересной информации.
