Einsteins algemene relativiteitstheorie - het idee dat zwaartekracht materie is die de ruimtetijd vervormt - heeft meer dan 100 jaar nauwkeurig onderzoek en testen doorstaan. inclusief de nieuwste test van de Event Horizon Telescope-samenwerking, vandaag gepubliceerd in het laatste nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Volgens de bevindingen, De theorie van Einstein is zojuist 500 keer moeilijker te verslaan.

Ondanks zijn successen, De robuuste theorie van Einstein blijft wiskundig onverenigbaar met de kwantummechanica, het wetenschappelijke begrip van de subatomaire wereld. Het testen van de algemene relativiteitstheorie is belangrijk omdat de ultieme theorie van het universum zowel zwaartekracht als kwantummechanica moet omvatten.

"We verwachten dat een volledige zwaartekrachttheorie anders is dan de algemene relativiteitstheorie, maar er zijn veel manieren om het te wijzigen. We ontdekten dat wat de juiste theorie ook is, het kan niet significant verschillen van de algemene relativiteitstheorie als het gaat om zwarte gaten. We hebben echt de ruimte voor mogelijke aanpassingen ingeperkt, " zei UArizona astrofysica professor Dimitrios Psaltis, die tot voor kort de projectwetenschapper was van de Event Horizon Telescope-samenwerking. Psaltis is hoofdauteur van een nieuw artikel waarin de bevindingen van de onderzoekers worden beschreven.

"Dit is een gloednieuwe manier om de algemene relativiteitstheorie te testen met behulp van superzware zwarte gaten, " zei Keiichi Asada, een EHT-wetenschapsraadslid en een expert op het gebied van radio-observaties van zwarte gaten voor het Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics.

Om de test uit te voeren, het team gebruikte de eerste foto ooit gemaakt van het superzware zwarte gat in het centrum van het nabijgelegen sterrenstelsel M87, dat vorig jaar met de EHT werd gemaakt. De eerste resultaten hadden aangetoond dat de grootte van de schaduw van het zwarte gat consistent was met de grootte die werd voorspeld door de algemene relativiteitstheorie.

"In die tijd, we waren niet in staat om de tegenovergestelde vraag te stellen:hoe kan een zwaartekrachttheorie verschillen van de algemene relativiteitstheorie en toch consistent zijn met de schaduwgrootte?, zei UArizona Steward Theory Fellow Pierre Christian. "We vroegen ons af of we hier iets mee konden doen observaties om een ​​aantal van de alternatieven te selecteren."

Het team deed een zeer brede analyse van vele wijzigingen in de algemene relativiteitstheorie om het unieke kenmerk te identificeren van een zwaartekrachttheorie die de grootte van een zwarte gatschaduw bepaalt.

"Op deze manier, we kunnen nu vaststellen of een alternatief voor de algemene relativiteitstheorie in overeenstemming is met de waarnemingen van de Event Horizon Telescope, zonder u zorgen te maken over andere details, " zei Lia Medeiros, een postdoctoraal onderzoeker aan het Institute for Advanced Study die deel uitmaakt van de EHT-samenwerking sinds haar tijd als student aan de UArizona.

Het team concentreerde zich op de reeks alternatieven die alle eerdere tests in het zonnestelsel hadden doorstaan.

"Met behulp van de meter die we hebben ontwikkeld, we hebben aangetoond dat de gemeten grootte van de schaduw van het zwarte gat in M ​​87 de speelruimte voor aanpassingen aan Einsteins algemene relativiteitstheorie met bijna een factor 500 verkleint, vergeleken met eerdere tests in het zonnestelsel, " zei UArizona astrofysica professor Feryal Özel, een senior lid van de EHT-samenwerking. "Veel manieren om de algemene relativiteitstheorie aan te passen falen bij deze nieuwe en strakkere schaduwtest voor zwarte gaten."

"Foto's van zwarte gaten bieden een volledig nieuwe invalshoek voor het testen van Einsteins algemene relativiteitstheorie, " zei Michaël Kramer, directeur van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie en EHT-samenwerkingslid.

"Samen met waarnemingen van zwaartekrachtgolven, dit markeert het begin van een nieuw tijdperk in de astrofysica van zwarte gaten, ' zei Psaltis.

Het testen van de zwaartekrachttheorie is een voortdurende zoektocht:zijn de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie voor verschillende astrofysische objecten goed genoeg voor astrofysici om zich geen zorgen te maken over mogelijke verschillen of aanpassingen aan de algemene relativiteitstheorie?

"We zeggen altijd dat de algemene relativiteitstheorie alle tests met vlag en wimpel heeft doorstaan ​​- als ik een dubbeltje kreeg voor elke keer dat ik dat hoorde, " zei Özel. "Maar het is waar, wanneer u bepaalde tests doet, je ziet niet dat de resultaten afwijken van wat de algemene relativiteitstheorie voorspelt. Wat we zeggen is dat hoewel dat allemaal correct is, voor het eerst hebben we een andere meter waarmee we een test kunnen doen die 500 keer beter is, en die meter is de schaduwgrootte van een zwart gat."

Volgende, het EHT-team verwacht beelden met een hogere getrouwheid die zullen worden vastgelegd door de uitgebreide reeks telescopen, waaronder de Groenland Telescoop, de 12-meter telescoop op Kitt Peak bij Tucson, en het Northern Extended Millimeter Array Observatory in Frankrijk.

"Als we een beeld krijgen van het zwarte gat in het centrum van ons eigen melkwegstelsel, dan kunnen we afwijkingen van de algemene relativiteitstheorie nog verder inperken, ' zei zel.

Zal Einstein nog steeds gelijk hebben, dan?