Op 30 juni 1905 begon Albert Einstein een revolutie met de publicatie van de theorie van speciale relativiteitstheorie. Deze theorie stelde onder meer dat de lichtsnelheid in een vacuüm voor alle waarnemers gelijk is, ongeacht de bron. In 1915 volgde hij dit op met de publicatie van zijn theorie van algemene relativiteitstheorie, waarin werd gesteld dat de zwaartekracht een vervormend effect heeft op de ruimtetijd. Deze theorieën zijn al meer dan een eeuw een essentieel hulpmiddel in de astrofysica en verklaren het gedrag van het heelal op grote schaal.
Sinds de jaren negentig zijn astronomen zich er echter van bewust dat het heelal versneld uitbreidt. In een poging om de mechanica hierachter te verklaren, varieerden suggesties van het mogelijke bestaan van een onzichtbare energie (d.w.z. donkere energie) tot de mogelijkheid dat Einsteins veldvergelijkingen van algemene relativiteitstoestand zouden kunnen mislukken. Maar dankzij het recente werk van een internationaal onderzoeksteam is nu bekend dat Einstein het al die tijd goed had.
Met behulp van de Fiber Multi-Object Spectrograph (FMOS) op de Subaru-telescoop creëerde het team - dat werd geleid door onderzoekers van het Japanse Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IMPU) en de University of Tokyo - de diepste 3D kaart van het heelal tot nu toe. Alles bij elkaar bevat deze kaart zo'n 3.000 sterrenstelsels en een ruimte van 13 miljard lichtjaar.
Om de theorie van Einstein te testen, gebruikte het team - dat werd geleid door Dr. Teppei Okumura, een Kavli IPMU-projectonderzoeker - de informatie die de afgelopen jaren door het FastSound-project was verkregen. Als onderdeel van hun poging om de oorsprong van kosmische versnelling vast te stellen, vertrouwt dit project op gegevens die zijn verzameld door de Subaru-telescoop om een onderzoek te maken dat de roodverschuiving van sterrenstelsels bewaakt.
Van wat er in de loop van 40 nachten (tussen 2012 en 2014) werd waargenomen, kon de FastSound Survey de snelheid en clustering van meer dan 3.000 verre sterrenstelsels bepalen. Okumura en zijn team maten hun vervormingen in de roodverschuivingsruimte om te zien hoe snel ze bewogen en konden de uitbreiding van deze sterrenstelsels volgen tot een afstand van 13 miljard lichtjaar.
Dit was een historische prestatie, aangezien eerdere 3D-modellen van het heelal niet meer dan 10 miljard lichtjaren hebben kunnen bereiken. Maar dankzij de FMOS op de Subaru-telescoop, die sterrenstelsels op 12,4 tot 14,7 miljard lichtjaar afstand kan analyseren, heeft het team dit record kunnen verbreken. Vervolgens vergeleken ze de resultaten met het soort expansie dat werd voorspeld door de theorie van Einstein, met name de opname van zijn kosmologische constante.
Oorspronkelijk geïntroduceerd door Einstein in 1917 als aanvulling op zijn theorie van algemene relativiteitstheorie, was de kosmologische constante in feite een manier om de zwaartekracht tegen te houden en een statisch universum te bereiken. En hoewel Einstein deze theorie verliet toen Edwin Hubble ontdekte dat het heelal aan het uitbreiden was, is het sindsdien een geaccepteerd onderdeel geworden van het standaardmodel van de moderne kosmologie (bekend als het Lambda-CDM-model).
Wat het onderzoeksteam ontdekte, was dat zelfs op een afstand van 13 miljard lichtjaar in het heelal de regels van algemene relativiteitstheorie nog steeds geldig zijn. 'We hebben de theorie van de algemene relativiteitstest verder getest dan wie dan ook,' zei Dr. Okumura. "Het is een voorrecht om onze resultaten te mogen publiceren 100 jaar nadat Einstein zijn theorie had voorgesteld."
Deze resultaten hebben geholpen bij het oplossen van iets waar astronomen al decennia lang over nadenken, namelijk of kon worden aangetoond dat de kosmologische constante van Einstein consistent is met een uitdijend heelal. En hoewel verschillende experimenten hebben bevestigd dat General Relativity overeenkwam met observatiegegevens, waren ze in het verleden enigszins beperkt.
Het Pound-Rebka-experiment, dat plaatsvond in 1960, was bijvoorbeeld de eerste bevestiging van de theorie van Einstein. Dit experiment en de vele die volgden in de daaropvolgende decennia waren echter indirect of beperkt tot het zonnestelsel. Een experiment uit 2010, uitgevoerd door onderzoekers van Princeton University, bevestigde algemene relativiteit tot een afstand van 7 miljard lichtjaar.
Maar met dit experiment is algemene relativiteit bevestigd op een afstand van 13 miljard lichtjaar, wat de overgrote meerderheid van het universum vertegenwoordigt dat we kunnen zien (dat is 13,8 miljard lichtjaar). Het lijkt erop dat zelfs een eeuw later de theorieën van Einstein nog steeds standhouden. En aangezien hij ooit beweerde dat de kosmologische constante de 'grootste blunder' van zijn wetenschappelijke carrière was!
