Vào ngày 30 tháng 6 năm 1905, Albert Einstein bắt đầu một cuộc cách mạng với việc xuất bản lý thuyết tương đối đặc biệt. Lý thuyết này, trong số những thứ khác, tuyên bố rằng tốc độ ánh sáng trong chân không là giống nhau cho tất cả các nhà quan sát, bất kể nguồn gốc là gì. Năm 1915, ông đã tiếp tục điều này với việc xuất bản lý thuyết Thuyết tương đối rộng, khẳng định rằng lực hấp dẫn có tác động cong vênh trên không-thời gian. Trong hơn một thế kỷ, những lý thuyết này là một công cụ thiết yếu trong vật lý thiên văn, giải thích hành vi của Vũ trụ trên quy mô lớn.
Tuy nhiên, kể từ những năm 1990, các nhà thiên văn học đã nhận thức được thực tế rằng Vũ trụ đang giãn nở với tốc độ nhanh. Trong một nỗ lực để giải thích các cơ chế đằng sau điều này, các đề xuất đã thay đổi từ sự tồn tại có thể của một năng lượng vô hình (tức là Năng lượng tối) đến khả năng các phương trình tương đối trường Einstein Einstein có thể bị phá vỡ. Nhưng nhờ vào công việc gần đây của một nhóm nghiên cứu quốc tế, giờ đây người ta đã biết rằng Einstein đã có tất cả cùng.
Sử dụng Máy quang phổ đa vật thể (FMOS) trên Kính viễn vọng Subaru, nhóm nghiên cứu - được lãnh đạo bởi các nhà nghiên cứu từ Viện Vật lý và Toán học của Vũ trụ Nhật Bản (Kavli IMPU) và Đại học Tokyo - đã tạo ra 3-D sâu nhất bản đồ của vũ trụ cho đến nay. Tất cả đã nói, bản đồ này chứa khoảng 3.000 thiên hà và bao gồm một khối lượng không gian đo được 13 tỷ năm ánh sáng.
Để kiểm tra lý thuyết Einstein, nhóm nghiên cứu - được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Teppei Okumura, Nhà nghiên cứu Dự án IPMU của Kavli - đã sử dụng thông tin có được từ Dự án FastSound trong vài năm qua. Là một phần trong nỗ lực của họ nhằm xác định nguồn gốc của gia tốc vũ trụ, dự án này dựa vào dữ liệu do kính viễn vọng Subaru thu thập để tạo ra một cuộc khảo sát theo dõi sự dịch chuyển của các thiên hà.
Từ những gì được quan sát trong suốt 40 đêm (giữa năm 2012 và 2014), Khảo sát FastSound đã có thể xác định vận tốc và sự tập hợp của hơn 3.000 thiên hà xa xôi. Đo độ méo không gian dịch chuyển đỏ của chúng để xem chúng di chuyển nhanh như thế nào, Okumura và nhóm của ông có thể theo dõi sự giãn nở của các thiên hà này trong khoảng cách 13 tỷ năm ánh sáng.
Đây là một kỳ tích lịch sử, chứng kiến các mô hình Vũ trụ 3 chiều trước đây không thể vượt quá 10 tỷ năm ánh sáng. Nhưng nhờ có FMOS trên Kính viễn vọng Subaru, có thể phân tích các thiên hà cách xa 12,4 đến 14,7 tỷ năm ánh sáng, nhóm nghiên cứu đã có thể phá vỡ kỷ lục này. Sau đó, họ so sánh kết quả với loại mở rộng được dự đoán bởi lý thuyết Einstein Einstein, đặc biệt là sự bao gồm hằng số vũ trụ của ông.
Được Einstein giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1917 như là một bổ sung cho lý thuyết tương đối tổng quát của ông, hằng số vũ trụ về cơ bản là một cách để giữ lại trọng lực và đạt được một Vũ trụ tĩnh. Và trong khi Einstein từ bỏ lý thuyết này khi Edwin Hubble phát hiện ra rằng Vũ trụ đang giãn nở, thì nó đã trở thành một phần được chấp nhận trong mô hình chuẩn của vũ trụ học hiện đại (được gọi là mô hình Lambda-CDM).
Những gì nhóm nghiên cứu tìm thấy là ngay cả ở khoảng cách 13 tỷ năm ánh sáng vào Vũ trụ, các quy tắc của Thuyết tương đối rộng vẫn có hiệu lực. Tiến sĩ Okumura cho biết, chúng tôi đã thử nghiệm lý thuyết tương đối rộng hơn bất kỳ ai khác từng có. Một vài đặc quyền có thể công bố kết quả của chúng tôi 100 năm sau khi Einstein đề xuất lý thuyết của mình.
Những kết quả này đã giúp giải quyết một điều mà các nhà thiên văn học đã gây hoang mang trong nhiều thập kỷ, đó là liệu hằng số vũ trụ của Einstein có thể được chứng minh là phù hợp với Vũ trụ đang mở rộng hay không. Và trong khi các thí nghiệm khác nhau đã xác nhận rằng Thuyết tương đối rộng đã khớp với dữ liệu quan sát, chúng đã bị hạn chế phần nào trong quá khứ.
Ví dụ, thí nghiệm Pound-Rebka, diễn ra vào năm 1960, là sự xác nhận đầu tiên của lý thuyết Einstein. Tuy nhiên, thí nghiệm này và nhiều thử nghiệm trong những thập kỷ tiếp theo, là gián tiếp hoặc bị giới hạn trong Hệ mặt trời. Một thí nghiệm năm 2010 được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Princeton đã xác nhận Thuyết tương đối rộng với khoảng cách 7 tỷ năm ánh sáng.
Nhưng với thí nghiệm này, Thuyết tương đối rộng đã được xác nhận ở khoảng cách 13 tỷ năm ánh sáng, chiếm phần lớn vũ trụ mà chúng ta có thể nhìn thấy (tức là 13,8 tỷ năm ánh sáng). Dường như ngay cả một thế kỷ sau, các lý thuyết Einstein Einstein vẫn đang tiếp tục. Và xem xét rằng anh ta đã từng tuyên bố rằng hằng số vũ trụ là sai lầm lớn nhất trong sự nghiệp khoa học của anh ấy!
