Immagini generate al computer che mostrano una galassia a disco da una simulazione di gravità modificata. Le immagini mostrano (lato destro dell'immagine, in colore rosso-blu) la densità del gas all'interno del disco della galassia con le stelle mostrate come punti luminosi. Il lato sinistro delle immagini mostra i cambiamenti di forza nel gas all'interno del disco, dove le regioni scure centrali corrispondono allo standard, Forze simili alla Relatività Generale e le regioni gialle brillanti corrispondono a forze potenziate (forze modificate). Le immagini mostrano viste della galassia simulata dall'alto e di lato. Credito:Christian Arnold/Baojiu Li/Durham University.
Le simulazioni supercomputer delle galassie hanno dimostrato che la teoria della relatività generale di Einstein potrebbe non essere l'unico modo per spiegare come funziona la gravità o come si formano le galassie.
Fisici dell'Università di Durham, UK, simulato il cosmo utilizzando un modello alternativo per la gravità:f(R)-gravità, una cosiddetta teoria del camaleonte.
Le immagini risultanti prodotte dalla simulazione mostrano che galassie come la nostra Via Lattea potrebbero ancora formarsi nell'universo anche con diverse leggi di gravità.
I risultati mostrano la fattibilità della teoria del camaleonte, così chiamata perché cambia il comportamento in base all'ambiente, come alternativa alla relatività generale nello spiegare la formazione delle strutture nell'universo.
La ricerca potrebbe anche aiutare a comprendere meglio l'energia oscura, la misteriosa sostanza che sta accelerando il tasso di espansione dell'universo.
I risultati sono pubblicati in Astronomia della natura .
La Relatività Generale è stata sviluppata da Albert Einstein all'inizio del 1900 per spiegare l'effetto gravitazionale di grandi oggetti nello spazio, ad esempio per spiegare l'orbita di Mercurio nel sistema solare.
È il fondamento della moderna cosmologia, ma svolge anche un ruolo nella vita quotidiana, ad esempio nel calcolo delle posizioni GPS negli smartphone.
Gli scienziati sanno già dai calcoli teorici che la teoria del camaleonte può riprodurre il successo della relatività generale nel sistema solare.
Il team di Durham ha ora dimostrato che questa teoria consente la formazione di galassie realistiche come la nostra Via Lattea e può essere distinta dalla Relatività Generale su scale cosmologiche molto grandi.
Il co-autore della ricerca Dr. Christian Arnold, all'Istituto di Cosmologia Computazionale dell'Università di Durham, ha dichiarato:"La teoria del camaleonte consente di modificare le leggi di gravità in modo da poter testare l'effetto dei cambiamenti di gravità sulla formazione delle galassie.
Sono disponibili immagini generate al computer che mostrano una galassia a disco da una simulazione di gravità modificata. Le immagini mostrano (lato destro dell'immagine, in colore rosso-blu) la densità del gas all'interno del disco della galassia con le stelle mostrate come punti luminosi. Il lato sinistro delle immagini mostra i cambiamenti di forza nel gas all'interno del disco, dove le regioni scure centrali corrispondono allo standard, Forze simili alla Relatività Generale e le regioni gialle brillanti corrispondono a forze potenziate (forze modificate). Le immagini mostrano viste della galassia simulata dall'alto e di lato. Credito:Christian Arnold/Baojiu Li/Durham University.
"Attraverso le nostre simulazioni abbiamo dimostrato per la prima volta che anche se si cambia gravità, non impedirebbe la formazione di galassie a disco con bracci a spirale.
"La nostra ricerca sicuramente non significa che la Relatività Generale sia sbagliata, ma mostra che non deve essere l'unico modo per spiegare il ruolo della gravità nell'evoluzione dell'universo."
I ricercatori hanno esaminato l'interazione tra la gravità nella teoria del camaleonte e i buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie.
I buchi neri svolgono un ruolo chiave nella formazione delle galassie perché il calore e il materiale che espellono quando inghiottono la materia circostante possono bruciare il gas necessario per formare le stelle, fermare efficacemente la formazione stellare.
La quantità di calore emessa dai buchi neri viene alterata cambiando gravità, influenzare il modo in cui si formano le galassie.
Però, le nuove simulazioni hanno mostrato che anche tenendo conto del cambiamento di gravità causato dall'applicazione della teoria del camaleonte, le galassie erano ancora in grado di formarsi.
La Relatività Generale ha anche conseguenze per la comprensione dell'espansione accelerata dell'universo.
Gli scienziati ritengono che questa espansione sia guidata dall'energia oscura e i ricercatori di Durham affermano che le loro scoperte potrebbero essere un piccolo passo verso la spiegazione delle proprietà di questa sostanza.
Il co-autore della ricerca, il professor Baojiu Li, dell'Istituto di Cosmologia Computazionale dell'Università di Durham, ha detto:"In Relatività Generale, gli scienziati spiegano l'espansione accelerata dell'universo introducendo una misteriosa forma di materia chiamata energia oscura, la cui forma più semplice potrebbe essere una costante cosmologica, la cui densità è una costante nello spazio e nel tempo.
"Però, alternative a una costante cosmologica che spieghino l'espansione accelerata modificando la legge di gravità, come f(R) gravità, sono anche ampiamente considerati dato quanto poco si sa sull'energia oscura."
I ricercatori di Durham si aspettano che i loro risultati possano essere testati attraverso osservazioni utilizzando il telescopio Square Kilometer Array (SKA), con sede in Australia e Sud Africa, che dovrebbe iniziare le osservazioni nel 2020.
SKA sarà il radiotelescopio più grande del mondo e mira a sfidare la teoria della relatività generale di Einstein, guarda come si sono formate le prime stelle e galassie dopo il Big Bang, e aiutare gli scienziati a comprendere la natura o l'energia oscura.
