«Теория Хамелеона» может изменить наше представление о гравитации

Моделирование галактик с помощью суперкомпьютера показало, что общая теория относительности Эйнштейна может быть не единственным способом объяснить, как работает гравитация или как образуются галактики.

Физики из Даремского университета смоделировали космическое пространство, используя альтернативную модель гравитации — f (R) -гравитацию, так называемую теорию хамелеона.

Полученные в результате моделирования показывают, что галактики, подобные нашему Млечному пути, все еще могут образовываться во Вселенной даже при разных законах гравитации.

Полученные данные показывают жизнеспособность теории хамелеона, так называемой потому, что она меняет поведение в соответствии с окружающей средой, в качестве альтернативы общей теории относительности при объяснении образования структур во вселенной.

Исследование также может помочь в дальнейшем понимании темной энергии — таинственной субстанции, ускоряющей скорость расширения Вселенной.

Общая теория относительности была разработана Альбертом Эйнштейном в начале 1900-х годов для объяснения гравитационного воздействия крупных объектов в космосе, например, для объяснения орбиты Меркурия в Солнечной системе.

Это основа современной космологии, но она также играет роль в повседневной жизни, например, в расчете GPS-позиций в смартфонах. Ученые уже знают из теоретических расчетов, что теория хамелеона может воспроизвести успех общей теории относительности в солнечной системе.

Теперь ученые показали, что эта теория позволяет формировать реалистичные галактики, такие как наш Млечный путь, и ее можно отличить от Общей теории относительности в очень больших космологических масштабах. «Теория хамелеона позволяет изменять законы гравитации, чтобы мы могли проверить влияние изменений гравитации на формирование галактик» — говорят исследователи.

«Посредством нашего моделирования мы впервые показали, что даже если вы измените гравитацию, это не помешает формированию дисковых галактик со спиральными рукавами. Наши исследования определенно не означают, что Общая теория относительности ошибочна, но они показывают, что она не должна быть единственным способом объяснить роль гравитации в эволюции Вселенной».

Исследователи из Дарема ожидают, что их результаты могут быть проверены с помощью наблюдений с использованием телескопа Square Kilometer Array (SKA), базирующегося в Австралии и Южной Африке, который должен начать наблюдения в 2020 году и выйти на полную мощность в 2024.

SKA станет крупнейшим в мире радиотелескопом и может бросить вызов общей теории относительности Эйнштейна, посмотреть, как первые звезды и галактики образовались после Большого взрыва, и помочь ученым понять природу темной энергии.

Christian Arnold et al, Realistic simulations of galaxy formation in f(R) modified gravity, Nature Astronomy (2019). DOI: 10.1038/s41550-019-0823-y