Az ESO VLT távcsőegyüttese MUSE műszerének adatai alapján a Thomas Collett által vezetett csoportnak elsőként sikerült meghatároznia az ESO 325-G004 katalógusjelű közeli elliptikus galaxis tömegét a csillagai mozgásának vizsgálatából – közölte az Európában működő legnagyobb kormányközi csillagászati szervezet.

„A chilei VLT távcsőegyüttest használtuk arra, hogy megmérjük, milyen gyorsan mozognak a csillagok az ESO 325-G004 galaxisban – ez pedig lehetővé tette számunkra annak meghatározását, mekkora tömegűnek kell lennie a galaxisnak ahhoz, hogy ezeket a csillagokat a pályájukon tartsa” – idézi az ESO közleménye Collett magyarázatát.

A csoportnak azonban a gravitáció egy másik megnyilvánulását is sikerült kimérnie. A Hubble-űrteleszkóppal észlelték egy távoli galaxisnak az ESO 325-G004 által Einstein-gyűrűvé torzított képét is. A gyűrű megfigyelése pedig azt tette lehetővé számukra, hogy megmérjék, a fény hogyan térül el az ESO 325-G004 hatalmas tömege által meggörbített téridőben. Az Einstein-féle általános relativitáselmélet szerint az objektumok torzítják maguk körül a téridőt, ennek következtében pedig a mellettük elhaladó fény elhajlik. Az így előálló jelenség az ún. gravitációslencse-hatás, amely azonban csak nagyon nagy tömegű objektumok esetében jelentős igazán. Jelenleg néhány száz erős gravitációs lencse ismert, de a legtöbbjük túlságosan távol van ahhoz, hogy a tömegét a szükséges pontossággal megmérhessük. Az ESO 325-G004 azonban egyik legközelebbi közülük, a Földtől csak 450 millió fényévre van.

A sematikus ábra azt magyarázza, hogy egy távoli galaxis fénye miként torzul egy közelebbi előtérgalaxis hatására, amelynek gravitációs tere úgy viselkedik, mint egy lencse, és a távoli forrás képét egy fényesebb, jellegzetes fénykarikává, ún. Einstein-gyűrűvé torzítja. A torzítás elemzése feltárta, hogy egyes távoli csillagontó galaxisok fényessége a Nap fényességének akár 40 billiószorosa, a gravitációslencse-hatás okozta nagyítás pedig 22-szeres is lehet.

ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

Thomas Collett elmondta: a MUSE adataiból ismerték az előtérgalaxis tömegét, a gravitációs lencsézés mértékét pedig a Hubble képei alapján mérték meg. „A kettő összehasonlításából következtethettünk a gravitáció erősségére – az eredmény az lett, amit az általános relativitáselmélet jósol, a hiba pedig mindössze 9 százalékos. Eddig ez az általános relativitáselmélet legpontosabb, Tejútrendszeren kívüli tesztje.”

Az általános relativitáselmélet helyességét Naprendszer-léptékben már rendkívüli pontossággal tesztelték, a Tejútrendszer centrumában lévő csillagok mozgásának vizsgálata is folyik e célból, de ennél nagyobb skálákon eddig nem léteztek kellően pontos tesztek. A gravitáció nagy léptékű viselkedésének ismerete ugyanakkor kulcsfontosságú a jelenlegi kozmológiai modellünk érvényességének megállapításához.

Az eredménynek a gravitáció általános relativitáselmélettel szembeni alternatív modelljei szempontjából is jelentős következményei lehetnek – állapítja meg közleményében az ESO. Ezek az alternatív elméletek azt jósolják, hogy a gravitációnak a téridő görbületére gyakorolt hatása „skálafüggő”. Ez azt jelenti, hogy nagy skálákon a gravitációnak másként kellene viselkednie, mint a Naprendszer jóval kisebb léptékében. Collett és csoportja szerint kicsi a valószínűsége annak, hogy 6000 fényéves lépték alatt ez igaz lenne.