Naukowcy postanowili przetestować Einsteina. Wyniki eksperymentu dają do myślenia
Międzynarodowy zespół naukowców z udziałem ekspertów z Narodowego Centrum Badań Jądrowych oraz Uniwersytetu Śląskiego przeprowadził jedno z najdokładniejszych badań sprawdzających podstawową zasadę, na której opiera się ogólna teoria względności Alberta Einsteina. Chodzi o tzw. słabą zasadę równoważności, zgodnie z którą wszystkie obiekty i cząstki powinny reagować na grawitację w identyczny sposób, niezależnie od swojej natury.
Aby zweryfikować tę teorię w ekstremalnych warunkach kosmicznych, naukowcy analizowali wysokoenergetyczne neutrina oraz fotony gamma docierające do Ziemi z bardzo odległych aktywnych galaktyk zwanych blazarami. Są to jedne z najbardziej energetycznych i gwałtownych obiektów we Wszechświecie, w których centralne supermasywne czarne dziury emitują ogromne ilości energii. Zarówno neutrina, jak i promieniowanie gamma mogą podróżować przez miliardy lat świetlnych, niosąc informacje o procesach zachodzących w najdalszych rejonach kosmosu.
Badacze wykorzystali dane z obserwatorium IceCube Neutrino Observatory, które rejestruje neutrina pochodzące z przestrzeni kosmicznej. Analiza skupiła się na neutrinach powiązanych z rozbłyskami promieniowania gamma emitowanymi przez dwa odległe blazary. Naukowcy sprawdzali, czy oba rodzaje cząstek, mimo że różnią się właściwościami fizycznymi, zachowują się identycznie pod wpływem grawitacji podczas wielomiliardowej podróży przez Wszechświat.
Kluczowe znaczenie miało uwzględnienie tzw. efektu Shapiro, przewidywanego przez teorię względności. Polega on na minimalnym opóźnieniu ruchu cząstek w pobliżu dużych skupisk materii zakrzywiających czasoprzestrzeń. W badaniu uwzględniono wpływ ogromnej struktury galaktycznej Laniakea, do której należy również Droga Mleczna. Dzięki temu możliwe było wyjątkowo precyzyjne porównanie czasu podróży neutrin i fotonów gamma. Wyniki pokazały, że ewentualne różnice w oddziaływaniu grawitacji na oba typy cząstek są mniejsze niż jedna stumilionowa. Oznacza to, że słaba zasada równoważności została potwierdzona z dokładnością sięgającą poziomu 10⁻⁸, co stanowi jeden z najdokładniejszych testów tego prawa wykonanych przy użyciu danych astrofizycznych.
Znaczenie tych badań wykracza daleko poza samą astrofizykę
Ogólna teoria względności stanowi fundament wielu współczesnych technologii i dziedzin nauki, między innymi systemów nawigacji satelitarnej GPS, badań czarnych dziur, fal grawitacyjnych czy modeli opisujących ewolucję Wszechświata. Każdy tak precyzyjny test teorii Einsteina pozwala lepiej zrozumieć prawa rządzące naturą, a jednocześnie pomaga sprawdzić, czy istnieją zjawiska, których obecne modele fizyczne jeszcze nie potrafią wyjaśnić.
Badanie pokazuje również rosnące znaczenie astronomii wieloaspektowej, łączącej obserwacje różnych rodzajów promieniowania i cząstek elementarnych. Rozwój nowych detektorów neutrin oraz obserwatoriów promieniowania gamma może w przyszłości umożliwić jeszcze dokładniejsze badania fundamentalnych praw fizyki i przybliżyć naukowców do odpowiedzi na pytania dotyczące budowy oraz ewolucji Wszechświata.
Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych
Czytaj też: Przełom w walce z żywiołem z kosmosu! Satelity Sentinel-3 ostrzegą przed pożarami 3-krotnie szybciej!
Grafika tytułowa: Andrew George / Unsplash
