30. kesäkuuta 1905 Albert Einstein aloitti vallankumouksen julkaisemalla erityisen suhteellisuusteorian teoria. Tämä teoria totesi muun muassa, että valon nopeus tyhjiössä on sama kaikille tarkkailijoille lähteestä riippumatta. Vuonna 1915 hän seurasi tätä julkaisemalla yleisen suhteellisuusteorian teoriaansa, jossa väitettiin, että painovoimalla on vääntyvä vaikutus avaruus-aikaan. Nämä teoriat ovat olleet yli vuosisadan ajan astrofysiikassa keskeinen työkalu, joka selittää maailmankaikkeuden käyttäytymistä laajassa mittakaavassa.
Tähtitieteilijät ovat kuitenkin 1990-luvulta lähtien olleet tietoisia siitä, että maailmankaikkeus kasvaa kiihtyvällä nopeudella. Yritettäessä selittää tämän takana olevaa mekaniikkaa, ehdotukset ovat vaihdelleet näkymättömän energian (ts. Tumman energian) mahdollisesta olemassaolosta mahdollisuuteen, että Einsteinin yleisen suhteellisuuden kenttäyhtälöt voisivat hajota. Mutta kansainvälisen tutkimusryhmän äskettäisen työn ansiosta on nyt tiedossa, että Einsteinillä oli se koko ajan.
Subaru-teleskoopin Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) avulla ryhmä - jota johti tutkijoita Japanin yliopiston fysiikan ja matematiikan instituutista (Kavli IMPU) ja Tokion yliopistosta - loi syvimmän 3D-kuvan. maailmankaikkeuden kartta tähän mennessä. Kaiken kaikkiaan tämä kartta sisältää noin 3 000 galaksia ja kattaa tilavuuden, joka on 13 miljardia valovuotta.
Einsteinin teorian testaamiseksi ryhmä - jota Kavli IPMU -projektitutkija Dr. Teppei Okumura johti - käytti FastSound-projektin viime vuosina saamia tietoja. Osana pyrkimyksiään selvittää kosmisen kiihtyvyyden alkuperä, tämä projekti perustuu Subarun kaukoputken keräämiin tietoihin tutkimuksen luomiseksi, joka seuraa galaksien punasiirtymää.
Sen perusteella, mitä havaittiin 40 yön aikana (vuosien 2012 ja 2014 välillä), FastSound-kysely pystyi määrittämään yli 3000 etäisyyden galaksien nopeudet ja ryhmittelyt. Mittaamalla niiden punasiirtotilan vääristymiä nähdäkseen kuinka nopeasti ne liikkuvat, Okumura ja hänen tiiminsä pystyivät seuraamaan näiden galaksien laajentumista 13 miljardin valovuoden etäisyydelle.
Tämä oli historiallinen saavutus, näyttäen siltä, kuinka maailmankaikkeuden aikaisemmat 3D-mallit eivät ole kyenneet saavuttamaan yli 10 miljardia valovuotta. Mutta Subarun kaukoputken FMOS: n avulla, joka pystyy analysoimaan galakseja 12,4–14,7 miljardia valovuoden päässä, joukkue pystyi rikkoa tämän ennätys. Sitten he vertasivat tuloksia Einsteinin teorian ennustamaan laajentumiseen, etenkin hänen kosmologisen vakionsa sisällyttämiseen.
Alun perin Einstein esitteli sen vuonna 1917 lisäyksenä hänen yleisen suhteellisuusteorian teoriaan, kosmologinen vakio oli pohjimmiltaan tapa pidättää painovoimaa ja saavuttaa staattinen universumi. Ja vaikka Einstein hylkäsi tämän teorian, kun Edwin Hubble huomasi maailmankaikkeuden laajenevan, siitä on sittemmin tullut hyväksytty osa modernin kosmologian standardimallia (tunnetaan nimellä Lambda-CDM-malli).
Tutkimusryhmän mielestä yleisen suhteellisuussäännöt ovat edelleen voimassa jopa 13 miljardin valovuoden etäisyydellä maailmankaikkeudesta. "Testasimme yleisen suhteellisuusteorian enemmän kuin kukaan muu koskaan on", kertoi tohtori Okumura. "On etuoikeus julkaista tuloksemme 100 vuotta sen jälkeen, kun Einstein ehdotti teoriaansa."
Nämä tulokset ovat auttaneet ratkaisemaan jotain, mitä tähtitieteilijät ovat hämmentäneet vuosikymmenien ajan, mikä oli se, voitiinko Einsteinin kosmologisen vakion osoittaa olevan yhdenmukainen laajentuvan maailmankaikkeuden kanssa vai ei. Ja vaikka useat kokeet ovat vahvistaneet, että yleinen suhteellisuusteho vastasi havaintotietoja, niitä on aikaisemmin rajoitettu jonkin verran.
Esimerkiksi Pound-Rebka-kokeilu, joka tapahtui vuonna 1960, oli ensimmäinen vahvistus Einsteinin teorialle. Tämä kokeilu, ja monet seuraavina vuosikymmeninä, olivat kuitenkin joko epäsuoria tai rajoittuivat aurinkokuntaan. Princetonin yliopiston tutkijoiden vuonna 2010 suorittama kokeilu vahvisti yleisen suhteellisuuden 7 miljardin valovuoden etäisyydelle.
Mutta tällä kokeella yleinen suhteellisuus on vahvistettu 13 miljardin valovuoden etäisyydelle, mikä vastaa valtaosaa näkemästämme maailmankaikkeudesta (mikä on 13,8 miljardia valovuotta). Näyttää siltä, että jopa vuosisataa myöhemmin Einsteinin teoriat kestävät edelleen. Ja ottaen huomioon, että hän väitti kerran, että kosmologinen vakio oli hänen tieteellisen uransa "suurin virhe"!
