Tomrum och galaxhopar kan kullkasta Einstein

Nya astronomiska kartläggningar av hundratusentals av universums tomrum och galaxhopar kommer kunna användas för att testa Einsteins relativitetsteori genom att söka efter små avvikelser hos gravitationen på enorma avstånd – en möjlig förklaring till den mörka energin som får universums expansion att accelerera idag. Det visar en ny studie från Uppsala universitet som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Physical Review D.

Kosmiska tomrum är miljontals ljusår stora områden med färre och glesare fördelade galaxer än i medeltal. Däremellan finns galaxhopar, de mest massiva objekten som bildats i universum, så tunga som en miljon miljarder solar. Gravitationen styr hur snabbt tomrum och galaxhopar växer, och hur glesa, eller täta de blir. Såvitt vi vet verkar gravitationen enligt Einsteins allmänna relativitetsteori, men på mycket stora avstånd och i glesa områden har teorin ännu inte precisionstestats.

Forskaren Martin Sahlén vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet och Joseph Silk vid Johns Hopkins University, Institut d’Astrophysique de Paris, Université Paris Diderot och University of Oxford, har beräknat hur små avvikelser från Einsteins relativitetsteori på stora avstånd skulle påverka hur många, hur stora och hur täta tomrum och galaxhopar det finns i universum.

– Resultaten visar att vi genom att räkna tomrum och galaxhopar med nästa generations satelliter och teleskop, kan komma att upptäcka avvikelser från Einsteins teori så små som några procent. Det här skulle innebära en flerhundrafaldig förbättring av vår kunskap om hur gravitationen verkar på stora avstånd i universum, och kanske också kunna ge en förklaring till den mörka energin, säger Martin Sahlén, forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet

Tidigare har författarna visat att det största kända tomrummets och den största kända galaxhopens samtidiga existens kräver att det finns mörk energi i universum.

Det är först under de senaste åren som astronomiska kartläggningar av himlen blivit så stora och detaljerade att man börjat kunna sätta samman större kataloger över universums tomrum.

Upptäckten öppnar för nya möjligheter att studera mörk energi och gravitation med de framtida storskaliga kartläggningar som planeras med nästa generations satelliter och teleskop.

Stora projekt som satelliten Euclid, teleskopen 4MOST och Large Synoptic Survey Telescope samt det gigantiska radioteleskopet Square Kilometre Array kommer under nästa årtionde att kunna kartlägga miljontals tomrum och galaxhopar, upp till tio miljarder år bakåt i tiden. Forskare vid Uppsala universitet deltar i arbetet kring 4MOST, Square Kilometre Array och Euclid.

Arbetet i studien har delvis utförts på Johns Hopkins University, USA, i samband med en vistelse som Fulbright Visiting Scholar.

Artikel: Cluster-void degeneracy breaking: Modified gravity in the balance, Martin Sahlén and Joseph Silk, Phys. Rev. D 97, 103504 (2018), DOI:10.1103/PhysRevD.97.103504 

För mer information

Martin Sahlén, forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet, martin.sahlen@physics.uu.se tel: 018-471 5971 mobil: 076-1844240

Tidigare artikel: Cluster-void Degeneracy Breaking: Dark Energy, Planck, and the Largest Cluster and Void, Martin Sahlén, Íñigo Zubeldía, and Joseph Silk, The Astrophysical Journal Letters 820, 1 (2016), DOI: 10.3847/2041-8205/820/1/L7 http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/820/1/L7/meta