กาแลคซีจำลองได้เห็นภาพจากด้านบนโดยมีพื้นที่ภาคกลางมืดที่สอดคล้องกับกองกำลังมาตรฐานและพื้นที่สีเหลืองสดใสที่สอดคล้องกับกองกำลังดัดแปลง
(ภาพ: © Christian Arnold / Baojiu Li / Durham University)
กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของจักรวาลเพื่อทดสอบทฤษฎีทางเลือกกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Albert Einstein
การศึกษาของพวกเขาพบว่ากาแลคซีที่คล้ายกับทางช้างเผือกของเรายังสามารถก่อตัวขึ้นในเอกภพด้วยกฎแรงโน้มถ่วงที่ปรับเปลี่ยนได้ซึ่งบอกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่ใช่หนทางเดียวที่จะอธิบายบทบาทของแรงโน้มถ่วงในวิวัฒนาการของจักรวาล
นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเดอแรมในอังกฤษสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์โดยใช้แบบจำลองทางเลือกชั้นนำสำหรับแรงโน้มถ่วงที่เรียกว่า "f (R) - แรงโน้มถ่วง" หรือที่เรียกว่า "ทฤษฎีกิ้งก่า" ซึ่งเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของแรงโน้มถ่วงตามสภาพแวดล้อม การจำลองแสดงให้เห็นว่าแบบจำลองแรงโน้มถ่วงที่ได้รับการดัดแปลงยังคงสามารถนำไปสู่การก่อตัวกาแลคซีได้
"ดัดแปลงทฤษฎีแรงโน้มถ่วงรวมทั้ง [Chameleon Theory] ได้รับการศึกษาโดยชุมชนมาระยะหนึ่งแล้วและมีการทำนายจำนวนมาก" Baojiu Li นักฟิสิกส์จากสถาบันจักรวาลวิทยาคำนวณที่มหาวิทยาลัยเดอแรมและผู้เขียนร่วม จากการศึกษาใหม่บอก Space.com "อย่างไรก็ตามการศึกษาก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ดำเนินการด้วยการทำให้เข้าใจง่ายอย่างมีนัยสำคัญ - สมมติฐานที่ว่าจักรวาลมีเพียงสสารมืดและไม่มีสสารที่ส่องสว่าง"
หนึ่งในคำถามที่ยังไม่ได้คำตอบในจักรวาลวิทยาคือเหตุผลที่ว่าจักรวาลกำลังขยายตัว Li กล่าวและแบบจำลองอื่น ๆ ได้พยายามตอบคำถามนั้นโดยการแนะนำกำลังที่ไม่รู้จักซึ่งเรียกว่าพลังงานมืด แรงคงที่นี้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสามารถอธิบายการขยายตัวของเอกภพ แต่ทำได้โดยการรวมสสารมืดจำนวนมากซึ่งไม่สามารถสังเกตได้และยังไม่ยืนยัน
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าประมาณ 68% ของจักรวาลประกอบด้วยพลังงานมืดในขณะที่สสารมืดทำขึ้น 27% เรื่องปกติซึ่งรวมถึงร่างกายที่มองเห็นได้เช่นดาวเคราะห์ดวงดาวและกาแลคซีคิดเป็นประมาณ 5%
"อย่างไรก็ตามทางเลือกของค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ซึ่งอธิบายการขยายตัวแบบเร่งโดยการปรับเปลี่ยนกฎของแรงโน้มถ่วงเช่น f (R) - แรงโน้มถ่วงได้รับการพิจารณาอย่างกว้างขวางเช่นกันว่ามีความรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับพลังงานมืด" Li กล่าวเสริม
การศึกษายังศึกษาถึงผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่ปรับเปลี่ยนต่อหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งจะนำความร้อนและวัสดุที่เผาไหม้ในก๊าซออกมาเพื่อก่อตัวดาวฤกษ์ พลังงานที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำยังเป็นตัวดึงนิวเคลียสที่พบในกาแลคซีดังนั้นจึงมีบทบาทสำคัญในการก่อตัวกาแลคซี
อย่างไรก็ตามการค้นพบชี้ให้เห็นว่าแม้ว่ากฎแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันจะช่วยลดปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกมาจากหลุมดำ
“ การศึกษาไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ชี้ไปที่สิ่งต่าง ๆ ที่เป็นไปได้เมื่อพยายามแยกแยะทฤษฎีกิ้งก่าออกจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกับข้อมูลในอนาคต” หลี่กล่าว
นักวิจัยวางแผนที่จะทดสอบการสังเกตการณ์ของพวกเขาผ่านทาง Square Kilometer Array กลุ่มกล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ตั้งอยู่ในออสเตรเลียและแอฟริกาใต้ที่มีกำหนดจะเปิดตัวและดำเนินการในช่วงกลางปี 2020
การศึกษาถูกตีพิมพ์ในดาราศาสตร์ธรรมชาติเมื่อวันที่ 8 กรกฎาคม
- ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ Einstein ผ่านการทดสอบที่ยากที่สุดจนถึงปัจจุบัน
- 100 ปีที่แล้วการทดลองสุริยุปราคารวมยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
- 'Solar Gravity Lens' สามารถนำดาวเคราะห์นอกระบบมาไว้ในโฟกัสที่คมชัด
