Supercomputersimulaties van sterrenstelsels hebben aangetoond dat Einsteins algemene relativiteitstheorie misschien niet de enige manier is om uit te leggen hoe zwaartekracht werkt of hoe sterrenstelsels ontstaan.

Natuurkundigen aan de Universiteit van Durham, VK, de kosmos gesimuleerd met behulp van een alternatief model voor zwaartekracht - f(R)-zwaartekracht, een zogenaamde kameleontheorie.

De resulterende afbeeldingen geproduceerd door de simulatie laten zien dat sterrenstelsels zoals onze Melkweg zich nog steeds in het universum kunnen vormen, zelfs met verschillende zwaartekrachtwetten.

De bevindingen tonen de levensvatbaarheid van de kameleontheorie - zo genoemd omdat het gedrag verandert afhankelijk van de omgeving - als een alternatief voor de algemene relativiteitstheorie bij het verklaren van de vorming van structuren in het universum.

Het onderzoek zou ook kunnen bijdragen aan een beter begrip van donkere energie - de mysterieuze substantie die de uitdijingssnelheid van het universum versnelt.

De bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurastronomie .

De algemene relativiteitstheorie werd begin 1900 ontwikkeld door Albert Einstein om het zwaartekrachteffect van grote objecten in de ruimte te verklaren, bijvoorbeeld om de baan van Mercurius in het zonnestelsel te verklaren.

Het is de basis van de moderne kosmologie, maar speelt ook een rol in het dagelijks leven, bijvoorbeeld bij het berekenen van GPS-posities in smartphones.

Wetenschappers weten al uit theoretische berekeningen dat de kameleontheorie het succes van de algemene relativiteitstheorie in het zonnestelsel kan reproduceren.

Het Durham-team heeft nu aangetoond dat deze theorie realistische sterrenstelsels zoals onze Melkweg mogelijk maakt en op zeer grote kosmologische schalen kan worden onderscheiden van de algemene relativiteitstheorie.

Onderzoek mede-hoofdauteur Dr. Christian Arnold, in het Instituut voor Computational Kosmologie van de Universiteit van Durham, zei:"De kameleontheorie maakt het mogelijk om de wetten van de zwaartekracht te wijzigen, zodat we het effect van veranderingen in de zwaartekracht op de vorming van sterrenstelsels kunnen testen.

"Door onze simulaties hebben we voor het eerst aangetoond dat zelfs als je de zwaartekracht verandert, het zou de vorming van schijfsterrenstelsels met spiraalarmen niet voorkomen.

"Ons onderzoek betekent absoluut niet dat de algemene relativiteitstheorie verkeerd is, maar het laat wel zien dat het niet de enige manier hoeft te zijn om de rol van de zwaartekracht in de evolutie van het universum te verklaren."

De onderzoekers keken naar de interactie tussen zwaartekracht in Chameleon Theory en superzware zwarte gaten die zich in het centrum van sterrenstelsels bevinden.

Zwarte gaten spelen een sleutelrol bij de vorming van sterrenstelsels, omdat de warmte en het materiaal dat ze uitstoten wanneer ze omringende materie inslikken, het gas dat nodig is om sterren te vormen, kan wegbranden. het effectief stoppen van stervorming.

De hoeveelheid warmte die door zwarte gaten wordt uitgestoten, verandert door de zwaartekracht te veranderen, invloed op hoe sterrenstelsels ontstaan.

Echter, de nieuwe simulaties toonden aan dat zelfs rekening houdend met de verandering in zwaartekracht veroorzaakt door het toepassen van de kameleontheorie, sterrenstelsels konden zich nog vormen.

De algemene relativiteitstheorie heeft ook gevolgen voor het begrijpen van de steeds snellere uitdijing van het heelal.

Wetenschappers geloven dat deze uitbreiding wordt aangedreven door donkere energie en de Durham-onderzoekers zeggen dat hun bevindingen een kleine stap kunnen zijn in de richting van het verklaren van de eigenschappen van deze stof.

Onderzoek mede-hoofdauteur professor Baojiu Li, van het Instituut voor Computational Kosmologie van de Universiteit van Durham, zei:"In de algemene relativiteitstheorie, wetenschappers verklaren de versnelde uitdijing van het universum door een mysterieuze vorm van materie te introduceren die donkere energie wordt genoemd - waarvan de eenvoudigste vorm een ​​kosmologische constante kan zijn, waarvan de dichtheid een constante is in ruimte en tijd.

"Echter, alternatieven voor een kosmologische constante die de versnelde expansie verklaren door de wet van de zwaartekracht te wijzigen, zoals f(R) zwaartekracht, worden ook algemeen beschouwd, aangezien er zo weinig bekend is over donkere energie."

De onderzoekers van Durham verwachten dat hun bevindingen kunnen worden getest door middel van observaties met behulp van de Square Kilometre Array (SKA) telescoop, gevestigd in Australië en Zuid-Afrika, die naar verwachting in 2020 met waarnemingen begint.

SKA wordt 's werelds grootste radiotelescoop en heeft tot doel de algemene relativiteitstheorie van Einstein uit te dagen, kijk hoe de eerste sterren en sterrenstelsels zich vormden na de oerknal, en helpen wetenschappers de natuur of donkere energie te begrijpen.