eso1819fi — Tutkimustiedote

VLT suoritti Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian tarkimman testin Linnunradan ulkopuolella

21. kesäkuuta 2018

Chilessä sijaitsevaa ESO:n VLT-teleskoopin MUSE-havaintolaitetta sekä NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskooppia käyttäneet tähtitieteilijät ovat suorittaneet Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian tähän mennessä tarkimman testin Linnunradan ulkopuolella. Läheinen galaksi ESO 325-G004 toimii vahvana gravitaatiolinssinä, vääristäen sen takana olevan etäisen galaksin valoa muodostaen Einsteinin renkaan keskustansa ympärille. Vertaamalla ESO 325-G004:n massaa sitä ympäröivään avaruuden kaareutumaan tähtitieteilijät huomasivat, että gravitaatio käyttäytyy näissä tähtitieteellisissä mittakaavoissa juuri yleisen suhteellisuusteorian ennustamalla tavalla. Tämä sulkee pois mahdottomina joitakin vaihtoehtoisia painovoimateorioita.

ESO:n VLT:n MUSE-havaintolaitetta käyttänyt, brittiläisen Portsmouthin yliopiston Thomas Collettin johtama tutkimusryhmä laski ensin ESO 325-G004:n massan mittaamalla tähtien liikkeet tässä läheisessä elliptisessä galaksissa.

Collett selittää: "Me käytimme Chilessä sijaitsevan VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) havaintoaineistoa mitataksemme kuinka nopeasti tähdet liikkuvat ESO 325-G004:ssa. Tämän ansiosta me pystyimme päättelemään kuinka paljon massaa galaksissa täytyy olla näiden tähtien pitämiseen kiertoradoillaan."

Tutkimusryhmä kykeni kuitenkin myös mittaamaan painovoiman toisen näkökohdan. Käyttämällä NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskooppia he havaitsivat välissä olevan ESO 325-G004:n aiheuttamasta etäisen galaksin valoa vääristävästä vaikutuksesta seuraavan Einsteinin renkaan. Tähtitieteilijät kykenivät rengasta havaitsemalla mittaamaan kuinka ESO 325-G004:n valtava massa vääristää valoa ja siten aika-avaruutta.

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että kappaleet vääristävät ympärillään olevaa aika-avaruutta, saaden ne ohittavan valon taipumaan. Tästä seuraa gravitaatiolinssiksi kutsuttu ilmiö. Tämä vaikutus on havaittavissa vain hyvin massiivisilla kappaleilla. Jokunen sata vahvaa gravitaatiolinssiä on löydetty, mutta useimmat ovat liian kaukaisia niiden massan tarkkaan määrittämiseen. Galaksi ESO 325-G004 on kuitenkin yksi lähimmistä linsseistä, vain 450 miljoonan valovuoden etäisyydellä Maasta.

Collett jatkaa: "Me tiedämme etualan galaksin massan MUSE:n havainnoista ja me mittasimme Hubble-havainnosta näkemämme gravitaatiolinssi-ilmiön vahvuuden. Sitten me vertasimme näitä kahta tapaa mitata painovoiman voimakkuus ja tulos oli täsmälleen mitä yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, vaivaisella 9 prosentin epätarkkuudella. Tämä on tähän mennessä tarkin yleisen suhteellisuusteorian testi, joka on tehty Linnunradan ulkopuolella. Eikä tässä käytetty kuin yhtä galaksia!"

Yleinen suhteellisuusteoria on testattu erinomaisella tarkkuudella aurinkokunnan mittakaavassa ja Linnunradan keskustan mustaa aukkoa kiertävien tähtien liikkeiden yksityiskohtainen tutkimus on meneillään, mutta aikaisemmin ei ollut olemassa suurempien tähtitieteellisten mittakaavojen testejä. Painovoiman pitkän kantaman vaikutusten testaaminen on välttämätöntä nykyisen kosmologisen mallimme vahvistamiseksi.

Näillä tuloksilla voi olla tärkeitä vaikutuksia yleisen suhteellisuusteorian kanssa kilpaileville vaihtoehtoisille painovoimamalleille. Nämä vaihtoehtoiset teoriat ennustavat, etä painovoiman vaikutukset aika-avaruuden kaareutumiseen riippuvat mittakaavasta. Tämä tarkoittaa, että painovoiman pitäisi käyttäytyä eri tavoin erilaisissa tähtitieteellisissä mittakaavoissa kuin se käyttäytyy pienemmässä aurinkokunnan mittakaavassa. Collett huomasi tutkimusryhmineen, että tämä ei luultavimmin pidä paikkaansa jolleivät nämä eroavuudet tule ilmi ainoastaan 6000 valovuotta pitemmillä matkoilla.

"Maailmankaikkeus on ihmeellinen paikka tarjotessaan tällaisia linssejä, joita me voimme käyttää laboratorioinamme," lisää tutkimusryhmän jäsen Bob Nichol Portsmouthin yliopistosta. "On hyvin tyydyttävää käyttää maailman parhaita teleskooppeja haastamaan Einstein ja huomata kuinka oikeassa hän olikaan."

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "A precise extragalactic test of General Relativity", jonka kirjoittivat Collett et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Science.

Tutkimusryhmään kuuluvat T. E. Collett (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia), L. J. Oldham (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Iso-Britannia), R. Smith (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, Durham, Iso-Britannia), M. W. Auger (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, Iso-Britannia), K. B. Westfall (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia; University of California Observatories – Lick Observatory, Santa Cruz, USA), D. Bacon (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia), R. C. Nichol (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia), K. L. Masters (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia), K. Koyama (Institute of Cosmology and Gravitation, University of Portsmouth, Portsmouth, Iso-Britannia), R. van den Bosch (Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl, Heidelberg, Saksa).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

Yhteystiedot

Rami Rekola
Tuorlan observatorio
Piikkiö, Finland
Sähköposti: rareko@utu.fi

Pasi Nurmi
Tuorlan Observatorio
Piikkiö, Finland
Matkapuhelin: +358 440 121 971

Thomas Collett
Institute of Cosmology and Gravitation — University of Portsmouth
Portsmouth, UK
Puh.: +44 239 284 5146
Sähköposti: thomas.collett@port.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1819.

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1819fi
Nimi:ESO 325-G004
Tyyppi:Early Universe : Cosmology
Facility:Very Large Telescope
Instruments:MUSE
Science data:2018Sci...360.1342C

Kuvat

Image of ESO 325-G004
Image of ESO 325-G004
Englanniksi
Kaavakuva etäisten, tähtiä muodostavien galaksien gravitaatiolinssi-ilmiöstä
Kaavakuva etäisten, tähtiä muodostavien galaksien gravitaatiolinssi-ilmiöstä
Two methods of measuring the mass of a galaxy
Two methods of measuring the mass of a galaxy
Englanniksi
Galaxy cluster Abell S0740
Galaxy cluster Abell S0740
Englanniksi

Videot

ESOcast 166 Light: New test of Einstein’s general relativity (4K UHD)
ESOcast 166 Light: New test of Einstein’s general relativity (4K UHD)
Englanniksi
Artist’s impression of massive object distorting spacetime
Artist’s impression of massive object distorting spacetime
Englanniksi
Pan across ESO 325-G004
Pan across ESO 325-G004
Englanniksi
Interview with Thomas Collett about the research
Interview with Thomas Collett about the research
Englanniksi

Katso myös