ESO, ESA/Hubble, NASA

Odejmowanie światła ze zdjęcia galaktyki znanej jako ESO 325-G004 zrobionego przez teleskop Hubble’a ujawnia spektakularny pierścień Einsteina – światło z galaktyki w tle zostało zakrzywione i wzmocnione przez grawitację bliższej galaktyki. Porównanie grawitacji ESO 325-G004 z tą, która potrzebna by była do spowodowania zaobserwowanego pierścienia działa jako przekonujący test ogólnej teorii względności, pierwszy taki na skalę galaktyk.

Korzystając ze szczęśliwego ułożenia dwóch galaktyk, astronomowie przeprowadzili najdokładniejszy jak do tej pory test ogólnej teorii względności Einsteina. Wykorzystano w tym celu teleskop kosmiczny Hubble’a oraz Very Large Telescope (VLT) należący do ESO. Po raz kolejny teoria poprawnie opisała oddziaływania grawitacyjne, tym razem na skali galaktyk.

Thomas Collett z Uniwersytetu w Portsmouth kierował zespołem, który zmierzył prędkości gwiazd w galaktyce ESO 325-G004 i na tej podstawie obliczył masę wspomnianej galaktyki. Astronomowie wykorzystali w tym celu instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) dołączony do VLT.

ESO 325-G004 znajduje się w odległości 450 milionów lat świetlnych i jest jedną z najbliższych znanych soczewek grawitacyjnych. Gigantyczna grawitacja tej galaktyki zakrzywia światło jeszcze bardziej odległej galaktyki znajdującej się bezpośrednio za nią. W efekcie promieniowanie jest zakrzywione tak, że formuje okrąg – znany jako pierścień Einsteina – który otacza bliższą galaktykę. Znamy tylko kilkaset silnych soczewek grawitacyjnych, a większość z nich jest zbyt odległa, by zmierzyć ich masę.

W opisywanym przypadku zespół Colletta był w stanie obliczyć masę ESO 325-G004, jak i zmierzyć zakrzywienie czasoprzestrzeni w pobliżu galaktyki dzięki dokładnemu przebadaniu pierścienia Einsteina.

„Dzięki MUSE znamy masę bliższej galaktyki, a dzięki Hubble’owi zmierzyliśmy soczewkowanie grawitacyjne. Następnie porównujemy te dwie metody pomiaru siły grawitacji, a wyniki są nieomal dokładnie takie, jak przewiduje ogólna teoria względności, niedokładność wynosi zaledwie 9%” powiedział Collett. „To najdokładniejszy test ogólnej teorii względności jak do tej pory, i to korzystając tylko z jednej galaktyki” dodał.

ESA/Hubble, ESO, NASA

VLT należący do ESO został użyty do pomiaru masy, a zatem grawitacji, galaktyki ESO 325-G004. Teleskop kosmiczny Hubble’a dostarczył zdjęcia otaczającego ją pierścienia Einsteina.

Ogólna teoria względności została sprawdzona z niezwykłą precyzją na skali układu planetarnego. Obecnie astronomowie badają ruch gwiazd okrążających supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, aby dokonać kolejnego testu. Jednak obserwacje ESO 325-G004 pozwoliły na przeprowadzenie pierwszego dokładnego testu na jeszcze większej skali astronomicznej.

„Wszechświat jest wspaniałym miejscem, które daje nam gotowe soczewki [grawitacyjne], których możemy użyć jak własnych laboratoriów. To niezwykle satysfakcjonujące, użyć największego teleskopu na świecie, żeby zakwestionować Einsteina i dowiedzieć się tylko, że miał absolutną rację”, mówi Bob Nichol, członek zespołu na Uniwersytecie w Portsmouth.

Ten projekt badawczy może mieć wpływ na alternatywne teorie grawitacji, które przewidują, że jej wpływ na zakrzywienie czasoprzestrzeni jest zależny od skali. Znaczy to, że grawitacja miałaby mieć różny wpływ w zależności od odległości. Zespół Colletta konkluduje, że jest to mało prawdopodobne, chyba że efekt zaczyna mieć miejsce na skalach większych niż 6000 lat świetlnych.