Lys fra galakse-hobe bekræfter relativitetsteori – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Forside
Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2011 > Lys fra galakse-hobe b...

28. september 2011

Lys fra galakse-hobe bekræfter relativitetsteori

Alle observationer i astronomi er baseret på lys udsendt fra stjerner og galakser, og ifølge den almene relativitetsteori vil lyset være påvirket af tyngdekraften. Samtidig er alle fortolkninger i astronomi baseret på rigtigheden af relativitetsteorien, men det har aldrig tidligere været muligt at teste Einsteins gravitations teori på skalaer større end solsystemet. Det er nu lykkedes astrofysikere ved Dark Cosmology Centre ved Niels Bohr Institutet at måle, hvordan lys påvirkes af gravitation på vej ud af galaksehobe. Observationerne bekræfter de teoretiske forudsigelser. Resultaterne er publiceret i det ansete videnskabelige tidsskrift, Nature.

Store afstande i universet er baseret på måling af rødforskydning, som er det fænomen, at lysets bølgelængder fra fjerne galakser forskydes mere og mere mod rødt, jo større afstanden er. Rødforskydningen indikerer, hvor meget universet har udvidet sig fra lyset tog afsted til det måles på Jorden. Endvidere vil lyset og dermed rødforskydningen ifølge Einsteins almene relativitetsteori også påvirkes af tyngdekraften fra store masser som galakse-hobe og medføre en gravitationel rødforskydning af lyset. Men tyngdekraftpåvirkningen af lyset er aldrig tidligere blevet målt på kosmologisk skala.

Forskerne har analyseret målinger af lyset fra galakser i ca. 8.000 galakse-hobe. Galakse-hobe er ansamlinger af tusinder af galakser (hvert lys på billedet er en galakse), som holdes samlet sammen af deres egen tyngdekraft. Dén tyngdekraft påvirker det lys, der sendes ud i rummet fra galakserne.

"Det er virkelig forunderligt. Vi lever i en tid med teknologisk mulighed for rent faktisk at måle sådanne fænomener som kosmologisk gravitationel rødforskydning", siger astrofysiker Radek Wojtak, Dark Cosmology Centre under Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Galaksehobe i søgelyset

Radek Wojtak har sammen med kollegerne Steen Hansen og Jens Hjorth analyseret målinger af lyset fra galakser i ca. 8.000 galakse-hobe. Galakse-hobe er ansamlinger af tusinder af galakser, som holdes samlet sammen af deres egen tyngdekraft. Dén tyngdekraft påvirker det lys, der sendes ud i rummet fra galakserne.

Forskerne har studeret de galakser, der lå inde i midten af galakse-hobene og dem, der lå i yderkanten og målt lysets bølgelængder.

"Vi kunne måle små forskelle i galaksernes rødforskydning og se, at lyset fra galakser i midten af en hob først skulle 'kravle' ud gennem tyngdefeltet, mens det var lettere for lyset fra de yderligt liggende galakser at komme frem", forklarer Radek Wojtak.

Derefter målte han hele galakse-hobens samlede masse og fik dermed det gravitationelle potentiale. Ved at benytte den almene relativitetsteori kunne han nu beregne den gravitationelle rødforskydning for galaksernes forskellige beliggenheder.

"Det viste sig, at de teoretiske beregninger af den gravitationelle rødforskydning baseret på den almene relativitetesteori stemte fuldstændigt overens med de astronomiske observationer. Vores analyser af observationer af galakse-hobene viser, at rødforskydningen af lyset er proportionelt forskudt i forhold til den gravitationelle påvirkning fra galakse-hobens tyngdekraft. Vores observationer bekræfter dermed relativitetsteorien", siger Radek Wojtak.

Nyt lys på det mørke univers

Opdagelsen har betydning for fænomener i universet, som forskerne arbejder på at opklare. Det er det gådefulde mørke univers - mørkt stof og mørk energi.

Ud over de synlige himmellegemer som stjerner, planeter og galakser, består universet også af en stor del stof, som forskerne kan regne ud må være der, men som ikke kan observeres, da det hverken udsender eller reflekterer lys. Det er usynligt og kaldes derfor mørkt stof. Ingen ved, hvad mørkt stof er, men man ved, hvad massen og dermed tyngdekraften må være. De nye resultater for gravitationel rødforskydning ændrer ikke ved forskernes modelberegninger for tilstedeværelsen af mørkt stof.

Generel relativitetsteori testes på grotesk stor skala
Indtil nu har den gravitationelle rødforskydning kun været testet med eksperimenter og observationer i forhold til højdeafstande her på Jorden og i forhold til solsystemet. Med den nye forskning er teorien for første gang blevet testet på kosmologisk skala med analyser af galakser i galakse-hobe fjernt i universet. Det er en grotesk stor skala, som er en faktor 1022 gange større (ti tusind milliarder milliarder gange større end laboratorie-testen). De observerede data bekræfter Einsteins almene relativitetsteori.

 

En anden af universets hovedbestanddele er mørk energi, som ifølge de teoretiske modelberegninger virker som en slags vakuum, der får universets udvidelse til at accelerere. Ifølge beregningerne, som tager udgangspunkt i Einsteins relativitetsteori, udgør mørk energi 72 procent af strukturen i universet. Mange alternative teorier prøver at forklare universets accelererende udvidelse uden tilstedeværelsen af mørk energi.

Teori testet i stor skala

"Nu er den almene relativitetsteori blevet afprøvet på kosmologisk skala og dette bekræfter, at den almene relativitetsteori virker, og det betyder, at der en stærk indikation for tilstedeværelsen af mørk energi, siger Radek Wojtak.

De nye gravitationsresultater bidrager dermed med en brik af ny indsigt til at forstå det skjulte, mørke univers og giver en større forståelse af naturen i det synlige univers.