Величезна кількість таємничої темної енергії необхідна для пояснення космологічних явищ, таких як прискорене розширення Всесвіту, за допомогою теорії Ейнштейна. Але що, коли темна енергія була лише ілюзією, а сама загальна теорія відносності повинна бути змінена?
Нове дослідження SISSA, опубліковане в журналі Physical Review Letters, пропонує новий підхід до відповіді на це питання. Завдяки величезним обчислювальним і математичним зусиллям вчені створили перше в історії моделювання злиття подвійних нейтронних зірок у теоріях, що виходять за рамки загальної теорії відносності, які відтворюють поведінку, подібну до темної енергії, в космологічних масштабах.
Це дозволяє порівняти теорію відносності Ейнштейна і її модифіковані версії і, при наявності досить точних даних, може вирішити загадку темної енергії.
Вже близько 100 років загальна теорія відносності дуже успішно описує гравітацію в різних режимах, проходячи всі експериментальні перевірки на Землі і в Сонячній системі.
Однак, щоб пояснити космологічні спостереження, такі як спостережуване прискорене розширення Всесвіту, нам необхідно ввести темні компоненти, такі як темна матерія і темна енергія, які досі залишаються загадкою.
Енріко Бараус, астрофізик з SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) задається питанням, чи реальна темна енергія або замість цього її можна інтерпретувати як порушення нашого розуміння реальності.
"Існування темної енергії може бути просто ілюзією, - говорить він, - прискорене розширення Всесвіту може бути викликано якимись ще невідомими модифікаціями загальної теорії відносності, свого роду" темною гравітацією ".
Злиття нейтронних зірок пропонує унікальну ситуацію для перевірки цієї гіпотези, тому що гравітація навколо них доведена до межі.
«Нейтронні зірки - це найщільніші з існуючих зірок, зазвичай радіусом всього 10 кілометрів, але з масою в один або два рази більше маси нашого Сонця», - пояснює вчений.
"Це робить гравітацію і простір-час навколо них екстремальними, що дозволяє виробляти гравітаційні хвилі, коли дві з них стикаються. Ми можемо використовувати дані, отримані під час таких подій, для вивчення роботи гравітації та перевірки теорії Ейнштейна в новому вікні можливостей ".
У новому дослідженні вчені SISSA у співпраці з фізиками з Балеарського університету в Пальма-де-Майорка зробили перше моделювання злиття подвійних нейтронних зірок в теоріях модифікованої гравітації, що мають відношення до космології.
"Цей тип моделювання є надзвичайно складним завданням, - пояснює Мігель Безарес, перший автор статті, - через вкрай нелінійний характер проблеми. Він вимагає величезних обчислювальних зусиль - місяців роботи на суперкомп'ютерах - що стало можливим також завдяки угоді між Консорціум SISSA і CINECA, а також нові математичні формули, які ми розробили. Вони являли собою основні перешкоди протягом багатьох років до нашої першої симуляції ".
Завдяки цим симуляціям дослідники, нарешті, можуть порівнювати загальну теорію відносності і модифіковану гравітацію.
Дивно, але вчені виявили, що гіпотеза «темної гравітації» так само хороша, як і загальна теорія відносності, для пояснення даних, отриманих інтерферометрами LIGO і Virgo під час зафіксованих зіткнень подвійних нейтронних зірок.
Дійсно, відмінності між двома теоріями в цих системах досить тонкі, але вони можуть бути виявлені гравітаційними інтерферометрами наступного покоління, такими як телескоп Ейнштейна в Європі і Cosmic Explorer в США.
Дослідження було опубліковано в журналі Physical Review Letters. «No Evidence of Kinetic Screening in Simulations of Merging Binary Neutron Stars beyond General Relativity».