Erfolg mit einer neuen Gravitationstheorie

Simuliertes Windrad-Galaxiebild, von der Seite, links grün, rechts rot.

Aus der neuen Studie, ein computersimuliertes Bild einer Galaxie, von der Seite gesehen. Rechts sehen Sie in rot-blauer Farbe die Gasdichte innerhalb der Scheibe der Galaxie, wobei die Sterne als helle Punkte dargestellt sind. Auf der linken Seite sehen Sie die Kraftänderungen im Gas innerhalb der Scheibe, wobei die dunklen zentralen Bereiche den üblichen allgemeinen Relativitätskräften entsprechen und die hellgelben Bereiche verstärkten (modifizierten Kräften) entsprechen. Bilder über Christian Arnold/Baojiu Li/Universität Durham.


Seit den frühen 1900er Jahren gilt Einsteins Gravitationstheorie – genannt dieAllgemeine Relativitätstheorie– hat die Theorien und Berechnungen der Kosmologen dominiert, die die Funktionsweise unseres Universums als Ganzes erklären. Allgemeine Relativitätstheoriebewährtimmer wieder, zuletzt mit dem ersten DirektSchwarzes Loch Bild. Physiker der Durham University in Großbritannien sagen nun, dass Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie möglicherweise nicht dienurWeise zu erklären, wie die Gravitation funktioniert oder wie sich Galaxien bilden. Sie hatten dramatische Forschungserfolge mit einem alternativen Modell für die Schwerkraft –NS)-Schwere– Chamäleon-Theorie genannt, weil sie, in ihren Worten, „das Verhalten je nach Umgebung ändert“. Sie sagen, diese Chamäleon-Theorie sei eine Alternative zur allgemeinen Relativitätstheorie, um die Bildung von Strukturen im Universum zu erklären. Es könnte auch zum weiteren Verständnis von beitragendunkle Energie, eine mysteriöse Substanz, von der angenommen wird, dass siebeschleunigenddie Expansionsrate des Universums.

Die Bilder auf dieser Seite wurden am 8. Juli 2019 von Physikern veröffentlichtChristian Arnold,Matteo LeoundBaojiu Li, alle der Durham UniversityInstitut für Computergestützte Kosmologie. Sie sind das Ergebnis aktueller Computersimulationen, die auf demDiRACData Centric System an der Durham University. Die Simulationen zeigen, dass sich auch bei anderen Gravitationsgesetzen Galaxien wie unsere Milchstraße im Universum bilden könnten. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass theoretische Berechnungen mit der Chamäleon-Theorie den Erfolg der Allgemeinen Relativitätstheorie auf der relativen Ebene reproduzierenkleiner Maßstabunseres Sonnensystems. Das Durham-Team hat nun gezeigt, dass diese Theorie realistische Simulationen vongroßflächige Strukturenwie unsere Milchstraße. Research Co-Lead-Autor Christian Arnold, genannt:


Die Chamäleon-Theorie erlaubt es, die Gesetze der Schwerkraft zu modifizieren, so dass wir die Auswirkungen von Änderungen der Schwerkraft auf die Galaxienbildung testen können. Durch unsere Simulationen haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass selbst eine Änderung der Gravitation Scheibengalaxien mit Spiralarmen nicht daran hindern würde, sich zu bilden.

Unsere Forschung bedeutet definitiv nicht, dass die Allgemeine Relativitätstheorie falsch ist, aber sie zeigt, dass sie nicht die einzige Möglichkeit sein muss, die Rolle der Schwerkraft in der Evolution des Universums zu erklären.

Die Erkenntnisse sindveröffentlichtin dempeer-reviewedTagebuchNaturastronomie.

Simuliertes Windrad-Galaxiebild von oben, links grün, rechts rot.

Aus der neuen Studie, ein computersimuliertes Bild einer Galaxie, von oben gesehen. Bild über Christian Arnold/Baojiu Li/Universität Durham.




Eine Aussage dieser Forscher erklärte mehr über ihre jüngste Studie:

Die Forscher untersuchten die Wechselwirkung zwischen der Gravitation in der Chamäleon-Theorie und supermassereichen Schwarzen Löchern, die im Zentrum von Galaxien sitzen. Schwarze Löcher spielen eine Schlüsselrolle bei der Galaxienentstehung, da die Wärme und das Material, das sie beim Verschlucken von umgebender Materie ausstoßen, das zur Bildung von Sternen benötigte Gas verbrennen können, wodurch die Sternentstehung effektiv gestoppt wird.

Die von Schwarzen Löchern abgegebene Wärmemenge wird durch die Änderung der Schwerkraft verändert, was die Entstehung von Galaxien beeinflusst. Die neuen Simulationen zeigten jedoch, dass sich selbst unter Berücksichtigung der durch die Anwendung der Chamäleon-Theorie verursachten Gravitationsänderung immer noch Galaxien bilden konnten.

Diese Physiker sagten, ihre Arbeit könnte auch unser Verständnis des Beobachteten erhellenBeschleunigung der Expansion des Universums. Wissenschaftler glauben, dass diese Expansion vondunkle Energie, und die Durham-Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse ein kleiner Schritt zur Erklärung der Eigenschaften dieser Substanz sein könnten. Der Co-Leiter der Forschung, Baojiu Li, kommentierte:


In der Allgemeinen Relativitätstheorie erklären Wissenschaftler die beschleunigte Expansion des Universums, indem sie eine mysteriöse Form von Materie namens Dunkle Energie einführen – deren einfachste Form eine kosmologische Konstante sein kann, deren Dichte eine Konstante in Raum und Zeit ist. Aber auch Alternativen zu einer kosmologischen Konstanten, die die beschleunigte Expansion durch Modifikation des Gravitationsgesetzes erklären, wie die f(R)-Gravitation, werden angesichts des geringen Wissens über Dunkle Energie weithin in Betracht gezogen.

Die Durham-Forscher sind theoretische Physiker, wie es Einstein war. Als Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zum ersten Mal bewiesen wurde – während atotale Sonnenfinsternis von 1919– Einstein wurde in den Rockstar-Ruhm katapultiert. Nun ist die Allgemeine Relativitätstheorie von grundlegender Bedeutung für die moderne Kosmologie. Der nächste Schritt für die Chamäleon-Theorie wäre ebenfalls, sie durch Beobachtungen zu testen und hoffentlich zu bestätigen. Es besteht kein Zweifel, dass bald beobachtende Astronomen ihre Arbeit aufnehmen werden, um ihre eigenen Tests für die neue Chamäleon-Theorie zu erstellen und sie vielleicht zu beweisen. Wenn das passiert, wird es super spannend!

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Albert Einstein im Jahr 1912. Er veröffentlichte 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie. Die Theorie wurde 1919 bestätigt.

Fazit: Die neue Chamäleon-Theorie hat das Potenzial, eine alternative Gravitationstheorie zu werden, die neben Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie arbeitet. Neuere Computersimulationen zeigen, dass die Theorie dazu verwendet werden kann, großräumige Strukturen (Galaxien) in unserem Universum nachzubilden.


Quelle: Realistische Simulationen der Galaxienentstehung inNS)Modifizierte Schwerkraft

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