30. juni 1905 startet Albert Einstein en revolusjon med publisering av teori om spesiell relativitet. Denne teorien uttalte blant annet at lysets hastighet i et vakuum er den samme for alle observatører, uavhengig av kilden. I 1915 fulgte han dette opp med publiseringen av sin teori om generell relativitet, som hevdet at tyngdekraften har en snevende effekt på rom-tiden. I over et århundre har disse teoriene vært et essensielt verktøy i astrofysikk, og forklarer atferden til universet i stor skala.
Siden 1990-tallet har astronomer imidlertid vært klar over at universet utvider seg med en akselerert hastighet. I et forsøk på å forklare mekanikken bak dette, har forslag varierte fra den mulige eksistensen av en usynlig energi (dvs. mørk energi) til muligheten for at Einsteins feltlikninger for generell relativitet kan brytes ned. Men takket være det nylige arbeidet til et internasjonalt forskerteam, er det nå kjent at Einstein hadde det riktig hele tiden.
Ved å bruke Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) på Subaru-teleskopet, laget teamet - som ble ledet av forskere fra Japans institutt for fysikk og matematikk i universet (Kavli IMPU) og University of Tokyo - den dypeste 3-D kart over universet til dags dato. Alt i alt inneholder kartet rundt 3000 galakser og omfatter et romvolum som måler 13 milliarder lysår.
For å teste Einsteins teori brukte teamet - som ble ledet av Dr. Teppei Okumura, en Kavli IPMU-prosjektforsker - informasjon som er innhentet av FastSound-prosjektet de siste årene. Som et ledd i deres forsøk på å finne opprinnelsen til den kosmiske akselerasjonen, er dette prosjektet avhengig av data samlet inn av Subaru-teleskopet for å lage en undersøkelse som overvåker rødskiftet av galakser.
Fra det som ble observert i løpet av 40 netter (mellom 2012 og 2014), var FastSound Survey i stand til å bestemme hastighetene og klyngen til mer enn 3000 fjerne galakser. Okumura og teamet hans kunne måle sine røde skift mellom romforvrengninger for å se hvor raskt de beveget seg, og spore utvidelsen av disse galaksene til en avstand på 13 milliarder lysår.
Dette var en historisk bragd, sett på hvordan tidligere 3-D-modeller av universet ikke har klart å nå utover 10 milliarder lysår. Men takket være FMOS på Subaru-teleskopet, som kan analysere galakser 12,4 til 14,7 milliarder lysår unna, klarte teamet å bryte denne rekorden. De sammenlignet deretter resultatene med den typen utvidelse som ble forutsagt av Einsteins teori, særlig inkluderingen av hans kosmologiske konstant.
Opprinnelig introdusert av Einstein i 1917 som et tillegg til sin teori om generell relativitet, var den kosmologiske konstanten i utgangspunktet en måte å holde tilbake tyngdekraften og oppnå et statisk univers. Og mens Einstein forlot denne teorien da Edwin Hubble oppdaget at universet ekspanderte, har det siden kommet til å være en akseptert del av standardmodellen for moderne kosmologi (kjent som Lambda-CDM-modellen).
Forskningsteamet fant ut at selv om en avstand på 13 milliarder lysår inn i universet, er reglene for generell relativitet fortsatt gyldige. "Vi testet teorien om generell relativitet enn noen annen noensinne har gjort," sa Dr. Okumura. "Det er et privilegium å kunne publisere resultatene våre 100 år etter at Einstein foreslo sin teori."
Disse resultatene har bidratt til å løse noe astronomer har undret seg over i flere tiår, som var om Einsteins kosmologiske konstant kunne vises til å være i samsvar med et ekspanderende univers. Og selv om forskjellige eksperimenter har bekreftet at generell relativitet stemte overens med observasjonsdata, har de vært noe begrenset tidligere.
For eksempel var Pound-Rebka-eksperimentet, som fant sted i 1960, den første bekreftelsen av Einsteins teori. Imidlertid var dette eksperimentet, og de mange som fulgte i de påfølgende tiårene, enten indirekte eller begrenset til solsystemet. Et eksperiment fra 2010 utført av forskere fra Princeton University bekreftet generell relativitet til en avstand på 7 milliarder lysår.
Men med dette eksperimentet har General Relativity blitt bekreftet til en avstand på 13 milliarder lysår, noe som utgjør det store flertallet av universet som vi kan se (som er 13,8 milliarder lysår). Det ser ut til at selv et århundre senere holder Einsteins teorier fremdeles. Og med tanke på at han en gang hevdet at den kosmologiske konstanten var den "største bommerten" i sin vitenskapelige karriere!
