Simulace galaxie s chameleonskou gravitací. Vpravo hustota plynu a hvězdy, vlevo působením sil v plynu. Kredit: Christian Arnold/Baojiu Li/Durham University.

V našem vesmíru panuje Einsteinova obecná relativita. Alespoň podle většiny fyziků. Nicméně, o vesmíru stále ještě nevíme všechno a fyzikální teorie na sebe tak úplně nepasují. V poznání jsou tu a tam díry, jimiž se prodírají alternativní teorie, které vyzývají obecnou relativitu a snaží se zpochybnit její vládu.

Jednou z takových alternativ je takzvaná chameleonská gravitace (Chameleon Theory), označovaná též jako modifikovaná gravitace f(R). Stručně řečeno, chameleon je skalární pole s hmotou závisející na okolní hustotě. V hustých prostředích má chameleoní pole velkou hmotu a projevuje se jen na krátkou vzdálenost, zatímco v řídkých prostředích je to naopak.

Institute for Computational Cosmology, logo

Fyzici britské Durhamské univerzity nedávno na superpočítači simulovali vesmír s chameleonskou gravitací a zjistili, že i v takovém vesmíru by vznikaly a fungovaly galaxie, jako je třeba naše Mléčná dráha. Použili k tomu pokročilou simulaci vesmíru Illustris: The Next Generation (IllustrisTNG).

Christian Arnold z institutu zmíněné univerzity Institute for Computational Cosmology a jeho spolupracovníci svými simulacemi prokázali životaschopnost chameleonské gravitace, která se mění podle okolního prostředí, jako alternativy k obecné relativitě při vysvětlení vzniku struktur ve vesmíru. Jejich výzkum by rovněž mohl napomoci pochopení temné energie a s ní související záhady zrychlujícího rozpínání vesmíru.

Simulace chameleonské galaxie z boku. Kredit: Christian Arnold/Baojiu Li/Durham University.

Fyzici už dříve zjistili, že chameleonská teorie gravitace se dokáže úspěšně vyrovnat obecné relativitě v „provozování“ hvězdné soustavy. Arnold s kolegy potvrdili, že chameleonská gravitace může vystavět i celé galaxie. A co je ještě zajímavější, přišli na to, že je možné rozlišit obecnou relativitu a chameleonskou gravitaci na velmi velké kosmologické škále. Díky tomu bychom mohli rozhodnout, jestli nám skutečně vládne Einstein anebo Chameleon.

Tým z Durhamu se netají očekáváním, že jejich předpovědi otestují budoucí pozorování na soustavě radioteleskopů Square Kilometre Array (SKA), která vyrůstá v Austrálii a Jihoafrické republice. Mohlo by to být relativně brzy. Pozorování tam zahajují již v roce 2020. Soustava SKA by se měla stát největším radioteleskopem světa. Bude pozorovat například první hvězdy a galaxie, které se utvořily v mladém vesmíru po Velkém třesu, a pátrat po tajemstvích temné energie. Jinými slovy, soustava SKA bude další velkou výzvou pro obecnou relativitu. Uvidíme, jak doposud neporazitelný Einstein obstojí tentokrát.

Literatura
Durham University 8. 7. 2019, Nature Astronomy online 8. 7. 2019.