Izpētot vairāk kā 70 000 galaktiku, Kalifornijas, Cīrihes un Prinstonas universitātes fiziķi secināja, ka Visums vismaz 3,5 miljards gaismas gadu attālumā no Zemes pakļaujas pirms aptuveni 95 gadiem izstrādātajai Alberta Einšteina vispārējās relativitātes teorijai.

Analizējot šo galaktiku kopu veidošanos, ātrumu un izmaiņas, zinātniekiem ir izdevies pierādīt, ka Einšteina teorija tuvējā Visuma uzbūvi apraksta daudz labāk par alternatīvajām gravitācijas teorijām.

Vēl viens šī pētījuma rezultāts ir tas, ka tieši tumšās matērijas eksistence vislabāk izskaidro galaktiku un to kopu pārvietošanos neredzamas masas iespaidā.

"Kosmoloģisko izmēru izmantošana ir jauka, jo ļauj mums pārbaudīt jebkuru alternatīvo gravitācijas teoriju, kurai jāparedz realitātē novērojamas lietas," teica pētījuma līdzautors, fizikas profesors Uross Seljaks no Kalifornijas universitātes. "Alternatīvās teorijas, kurās nav nepieciešama tumšā matērija, neiztur šīs pārbaudes."

Viena no šīm "caurkritušajām" teorijām ir TeVeS jeb tenzoru-vektoru-skalārā teorija, kas papildina vispārējo relativitāti, lai nevajadzētu ieviest tumšo matēriju. Otra ir f(R), kura arī izskaidro Visuma paātrināto izplešanos bez tumšās matērijas klātbūtnes.

Einšteina vispārējās relativitātes teorija apgalvo, ka gravitācija izliec laiku un telpu. Tas nozīmē, ka gaisma izliecas, kad tā ceļo garām masīvam objektam, piemēram, kādas galaktikas kodolam. Relativitātes teorija ir apstiprināta neskaitāmas reizes Saules sistēmas ietvaros, bet galaktiskos un kosmiskos mērogos šīs pārbaudes nav bijušas pārliecinošas.

Šīs teorijas pārbaudes ir kļuvušas ļoti aktuālas pedējos gados, kad uzradās ideja par neredzamu matēriju, kas atrodama Visumā. Vairāki teorētiķi ir centušies sagrozīt un optimizēt relativitātes teoriju, lai nevajadzētu ieviest tumšo matēriju. Piemēram, TeVeS apgalvo, ka paātrinājums, kuru rada ķermeņa gravitācija, ir atkarīgs ne tikai no masas, bet arī no paātrinājuma vērtības, kuru radījusi gravitācija.

Alternatīvo teoriju pārbaude nav viegls darbs. Kosmoloģiskie eksperimenti, tādi kā kosmiskā mikroviļņu fona izpēte, ir saistīti ar svārstību mērījumiem kosmosā, bet gravitācijas teorijas saista ātrumu un blīvumu vai blīvumu un gravitācijas potenciālu.

"Problēma ir, ka svārstību apjomi paši par sevi neko nepasaka par iesaistītajām kosmoloģiskajām teorijām. Tas ir traucēklis, no kā mēs vēlētos atbrīvoties," skaidroja Seljaks. "Mūsu izmantotā novērojumu metode nav atkarīga no svārstību apjoma. Konkrētas vērtības palīdz ieraudzīt novirzes no vispārējas relativitātes."

Pirms trim gadiem astrofiziķu grupa Pengjie Žanga vadībā ierosināja izmantot lielumu, kas tiek dēvēts par EG, lai pārbaudītu kosmoloģiskos modeļus. EG ataino novērojamo galaktiku kopu veidošanās daudzumu un galaktiku kropļojumus, kurus rada gaismas izliekšanās vājās lēcošanas procesā, kurā, piemēram, apaļa galaktika izskatās kā elipsveida.

"Vienkārši izsakoties, EG ir proporcionāls Visuma vidējam blīvumam un apgriezti proporcionāls ātrumam ar kādu aug struktūras Visumā," skaidroja Žangs. "Šī konkrētā kombinācija nav atkarīga no amplitūdu svārstībām un tādēļ ļauj fokusēties uz konkrētām kombinācijām, kas ir atkarīgas no vispārējās relativitātes modifikācijām."

Izmantojot vairāk kā 70 000 spožu un tālu galaktiku no SDSS datiem (Slouna digitālās debesu izpētes projekts), Seljaks kopā ar kolēģiem izskaitļoja EG vērtību un salīdzināja to ar dažādu teoriju prognozētajām vērtībām.

TeVeS prognozes pārsniedza iespējamo kļūdu, bet vispārējās relativitātes dati iekļāvās pieļaujamo eksperimentālo kļūdu apgabalā. Savukārt f(R) teorijas prognozētā vertība bija zemāka nekā novērojamā, bet joprojām pieļaujamās kļūdas robežās.

Lai vēl vairāk samazinātu kļūdu un atkārtoti pārbaudītu Visuma uzbūves teorijas, Seljaks plāno pētījumu paplašināt līdz miljons galaktikām no SDSS-III BOSS projekta, kas tiks pabeigts pēc pieciem gadiem. Lai vēl vairāk samazinātu kļūdu, ir nepieciešams vēl vērienīgāks projekts - BigBOSS, kas patlaban ir tikai plānošanas stadijā.

Nākotnē iecerētās kosmiskās misijas, tādas kā NASA JDEM un Eiropas kosmosa aģentūras Euclid, varētu nodrošināt vēl labākus datus, bet tikai pēc 10 līdz 15 gadiem.

Seljaks piebilda, ka šīs pārbaudes nepalīdz iepazīt tumšās matērijas un enerģijas patieso būtību, kuru varētu noteikt ar cita veida novērojumiem.