Supercomputer-simuleringer af galakser viser, at Einsteins generelle relativitetsteori måske ikke er den eneste måde at forklare, hvordan tyngdekraften fungerer, eller hvordan galakser dannes. Den nye kamæleonteori er et muligt alternativ.
Fra den nye undersøgelse, et computersimuleret billede af en galakse, set fra siden. Til højre, i rødblå farve, ser du gastætheden inden for galaksens disk med stjernerne vist som lyse prikker. Til venstre ser du kraftændringerne i gassen inden i disken, hvor de mørke centrale regioner svarer til standard General Relativity-lignende kræfter, og de lysegule regioner svarer til forbedrede (modificerede kræfter). Billeder via Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University.
Siden begyndelsen af 1900-tallet har Einsteins tyngdekraft - kaldet den generelle relativitetsteori - domineret teorier og beregninger af kosmologer, dem, der forklarer vores universers arbejde som helhed. Generel relativitet er blevet bevist igen og igen, senest med det første direkte sorte hulbillede. Nu siger fysikere ved Durham University i Storbritannien, at Einsteins generelle relativitetsteori måske ikke er kun måde at forklare, hvordan tyngdekraften fungerer, eller hvordan galakser dannes. De har haft dramatisk forskningssucces med en alternativ tyngdekraftmodel - f (R)-gravitet - kaldet en kamæleonteori, fordi, med deres ord, "den ændrer adfærd i henhold til miljøet." De siger, at denne kamæleonteori er et alternativ til generel relativitet til at forklare dannelsen af strukturer i universet. Det kan også hjælpe med yderligere forståelse af mørk energi, et mystisk stof, der antages at fremskynde universets ekspansionshastighed.
Billederne på denne side blev frigivet 8. juli 2019 af fysikere Christian Arnold, Matteo Leo og Baojiu Li, alle af Durham University's Institute for Computational Cosmology. De er resultaterne af nylige computersimuleringer, der køres på DiRAC Data Centric System på Durham University. Simuleringerne viser, at galakser som vores Mælkevej stadig kunne dannes i universet, selv med forskellige tyngdekraftslove. Tidligere arbejde havde vist, at teoretiske beregninger ved hjælp af Chameleon Theory gengiver succes for den generelle relativitet på relativt lille skala af vores solsystem. Durham-teamet har nu vist, at denne teori giver mulighed for realistiske simuleringer af store strukturer som vores Mælkevej. Forskning co-lead forfatter Christian Arnold, sagde:
Kameleonteori tillader, at tyngdekraften ændres, så vi kan teste effekten af ændringer i tyngdekraften på galaksdannelsen. Gennem vores simuleringer har vi vist for første gang, at selv hvis du ændrer tyngdekraften, ville det ikke forhindre, at skivegalakser med spiralarme dannes.
Vores forskning betyder bestemt ikke, at den generelle relativitet er forkert, men den viser, at den ikke behøver at være den eneste måde at forklare tyngdekraften's rolle i universets udvikling.
Resultaterne offentliggøres i den peer-reviewede tidsskrift Naturastronomi.
Fra den nye undersøgelse, et computersimuleret billede af en galakse, set ovenfra. Billede via Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University.
En erklæring fra disse forskere forklarede mere om deres nylige undersøgelse:
Forskerne kiggede på samspillet mellem tyngdekraften i kamæleonteori og supermassive sorte huller, der sidder i centrum af galakser. Sorte huller spiller en nøglerolle i dannelsen af galaksen, fordi den varme og det materiale, de udsætter, når de sluger omgivende stof, kan brænde den gas, der er nødvendig for at danne stjerner, væk og effektivt stoppe stjernedannelse.
Mængden af varme, der spydes ud af sorte huller, ændres ved at ændre tyngdekraften, hvilket påvirker, hvordan galakser dannes. Imidlertid viste de nye simuleringer, at selv redegørelsen for ændringen i tyngdekraften forårsaget af anvendelse af Chameleon Theory, galakser stadig var i stand til at dannes.
Disse fysikere sagde, at deres arbejde også kunne kaste lys over vores forståelse af den observerede accelererende udvidelse af universet. Forskere mener, at denne ekspansion drives af mørk energi, og Durham-forskerne siger, at deres fund kunne være et lille skridt mod at forklare egenskaberne ved dette stof. Forskningsleder Baojiu Li kommenterede:
I den generelle relativitet betegner forskere den accelererede udvidelse af universet ved at indføre en mystisk form for stof kaldet mørk energi - hvis enkleste form kan være en kosmologisk konstant, hvis densitet er en konstant i rum og tid. Alternativer til en kosmologisk konstant, der forklarer den accelererede ekspansion ved at modificere tyngdekraften, som f (R) tyngdekraften, betragtes imidlertid også vidt i betragtning af hvor lidt der er kendt om mørk energi.
Durham-forskerne er teoretiske fysikere, som Einstein var. Da Einsteins generelle relativitetsteori først blev bevist - under en total solformørkelse i 1919 - blev Einstein katapulteret til rockstjerner-berømmelse. Nu er generel relativitet grundlæggende for moderne kosmologi. Det næste trin for kamæleonteori ville ligeledes være at teste og forhåbentlig bekræfte det via observationer. Der er ingen tvivl om, at observationsastronomer snart vil være på jobbet, skabe deres egne prøver til den nye kamæleonteori og måske bevise det. Hvis og når det sker, vil det være superspændende!
Albert Einstein i 1912. Han udgav sin generelle relativitetsteori i 1915. Teorien blev bekræftet i 1919.
Nederste linje: Den nye kamæleonteori har potentialet til at blive en alternativ teori om tyngdekraft, der arbejder sammen med Einsteins teori om generel relativitet. Nylige computersimuleringer viser, at teorien kan bruges til at genskabe store strukturer (galakser) i vores univers.