Den 30 juni 1905 inledde Albert Einstein en revolution med publiceringen av teorin om specialrelativitet. Denna teori uppgav bland annat att ljusets hastighet i ett vakuum är densamma för alla observatörer, oavsett källa. 1915 följde han upp detta med publiceringen av sin teori om generell relativitet, som hävdade att tyngdkraften har en snedvridande effekt på rymden. I över ett sekel har dessa teorier varit ett viktigt verktyg inom astrofysik och förklarar universums beteende i stor skala.
Sedan 1990-talet har astronomer emellertid varit medvetna om att universum expanderar i snabbare takt. I ett försök att förklara mekaniken bakom detta har förslag sträckt sig från en eventuell existens av en osynlig energi (dvs Dark Energy) till möjligheten att Einsteins fältekvationer om General Relativity skulle kunna bryta ner. Men tack vare ett internationellt forskarteams senaste arbete är det nu känt att Einstein hade det rätt hela tiden.
Med hjälp av Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) på Subaru Telescope skapade teamet - som leds av forskare från Japans institut för universitetets fysik och matematik (Kavli IMPU) och University of Tokyo - den djupaste 3-D karta över universum hittills. Sammantaget innehåller kartan cirka 3 000 galaxer och omfattar en rymdvolym som mäter 13 miljarder ljusår.
För att testa Einsteins teori använde teamet - som leds av Dr. Teppei Okumura, en Kavli IPMU-projektforskare - information som erhållits av FastSound-projektet under de senaste åren. Som en del av deras ansträngningar för att fastställa ursprunget till kosmisk acceleration, förlitar detta projekt sig på data som samlas in av Subaru-teleskopet för att skapa en undersökning som övervakar galaxernas rödförskjutning.
Från vad som observerades under 40 nätter (mellan 2012 och 2014) kunde FastSound-undersökningen bestämma hastigheter och kluster av mer än 3 000 avlägsna galaxer. Okumura och hans team mätte sina röda förskjutningar av rymdförvrängningar för att se hur snabbt de rör sig och kunde spåra utvidgningen av dessa galaxer till ett avstånd av 13 miljarder ljusår.
Detta var en historisk prestation, eftersom hur tidigare 3-D-modeller av universum inte har kunnat nå mer än 10 miljarder ljusår. Men tack vare FMOS på Subaru-teleskopet, som kan analysera galaxer 12,4 till 14,7 miljarder ljusår bort, kunde laget bryta detta rekord. De jämförde sedan resultaten med den typ av expansion som förutspåddes av Einsteins teori, särskilt införandet av hans kosmologiska konstant.
Ursprungligen introducerades av Einstein 1917 som ett tillägg till hans teori om allmän relativitet, var den kosmologiska konstanten i princip ett sätt att hålla tillbaka tyngdkraften och uppnå ett statiskt universum. Och medan Einstein övergav denna teori när Edwin Hubble upptäckte att universum expanderade, har det sedan dess blivit en accepterad del av standardmodellen för modern kosmologi (känd som Lambda-CDM-modellen).
Vad forskargruppen fann var att även på ett avstånd av 13 miljarder ljusår in i universum är reglerna om allmän relativitet fortfarande giltiga. "Vi testade teorin om allmän relativitet relativt längre än någon annan någonsin har gjort," sade Dr. Okumura. "Det är ett privilegium att kunna publicera våra resultat 100 år efter att Einstein föreslog sin teori."
Dessa resultat har hjälpt till att lösa något som astronomer har undrat över i årtionden, vilket var huruvida Einsteins kosmologiska konstant kunde visa sig vara förenlig med ett expanderande universum. Och även om olika experiment har bekräftat att General Relativity matchade observationsdata, har de varit något begränsade tidigare.
Till exempel var Pound-Rebka-experimentet, som ägde rum 1960, den första bekräftelsen av Einsteins teori. Men detta experiment och de många som följde under de följande decennierna var antingen indirekta eller begränsade till solsystemet. Ett experiment 2010 genomfört av forskare från Princeton University bekräftade General Relativity till ett avstånd av 7 miljarder ljusår.
Men med detta experiment har General Relativity bekräftats till ett avstånd av 13 miljarder ljusår, vilket står för den stora majoriteten av universum som vi kan se (vilket är 13,8 miljarder ljusår). Det verkar som att även ett sekel senare håller Einsteins teorier fortfarande kvar. Och med tanke på att han en gång hävdade att den kosmologiska konstanten var den ”största bommaren” i sin vetenskapliga karriär!
