ИСТИНА

Несмотря на то, что общая теория относительности (ОТО) подтверждается с большой точностью в экспериментальной астрономии, проблемы темной энергии, темной материи, эволюции ранней Вселенной, квантования гравитации и др. остаются открытыми. Одним из способов решения перечисленных проблем является модификация ОТО или ее расширение с помощью дополнительных полей, инвариантов кривизны, увеличения размерности пространства-времени, квантования, ... Необходимо описать, например, темную энергию с помощью дополнительных физических полей или усложнением геометрии пространства-времени. В последние годы получили развитие скалярно-тензорные теории гравитации. Также продолжают активное развитие телепараллельная гравитация, петлевая квантовая гравитация, модели с нелинейной реализацией симметрии, о чем свидетельствует количество публикуемых статей. При этом, во всех случаях, существуют множество различных версий. Представляется важным сузить количество моделей за счет анализа соответствия их предсказаний данным как астрономических наблюдений. Необходимо рассмотреть различные диапазоны расстояний, чтобы выявить модели с более точными предсказаниями. Поэтому проект направлен на изучение предсказаний различных типов расширенных теорий гравитации для двух астрофизических проектов. Во-первых, это предсказания для теней от черных дыр. С одной стороны, в настоящее время активно работает проект Event Horizon Telescope (EHT), которому удалось получить изображения теней для М87 и Sgr A. Данные постоянно уточняются. С другой стороны, различные теории гравитации предлагают решения для чёрных дыр, отличные друг от друга. Форма и другие характеристики тени зависят от параметров решения вида черная дыра, то есть, для решений, представляющих различные теории, они будут различны. Таким образом, решения можно сравнивать, выявив наилучшее соответствие данным EHT. Во-вторых, это поведение решений на масштабах скоплений, когда вклад от ускоренного расширения Вселенной становится существенным. Ранее было введено понятие радиуса разворота (turn-around radius). Это гипотетическая поверхность, на которой действие внутренних сил гравитационного притяжения уравновешено вкладом от ускоренного расширения Вселенной. С одной стороны, значение радиуса разворота можно оценить из наблюдательных данных о размерах скоплений. С другой стороны, эту величину можно вычислить, в качестве первого приближения использовав решения для сферически-симметричного пространства-времени. Как и в случае теней, различные теории дают различные виды решений. Таким образом, решения можно сравнивать, выявив обеспечивающие наилучшее соответствие данным. Выбор теорий для анализа обусловлен тем, что они представляют различные способы расширения общей теории относительности, поэтому представляется интересным сравнить результаты предсказаний этих подходов.

Despite the fact that the general relativity (GR) is confirmed with great accuracy in experimental astronomy, the problems of dark energy, dark matter, the evolution of the early Universe, quantization of gravity, etc. remain open. One of the ways to solve these problems is to extend the general relativity with the help of additional fields, curvature invariants, increasing of the number of space-time dimensions, quantization, ... To describe, for example, dark energy one has to add additional physical fields or to extend the geometry of space-time. In recent years, scalar-tensor theories of gravity have been developed. Teleparallel gravity, loop quantum gravity, models with nonlinear symmetry realization also continue to be actively developed, as one can see from the number of publications. There are many different versions of these models. It seems important to narrow down the number of models by analyzing the correspondence of their predictions to the astrophysical observational data. Different ranges of distances need to be considered to identify models with more accurate predictions. Therefore, the project aims on studying of the predictions of various types of extended gravity theories for two astrophysical projects. Firstly, there are predictions for shadows from black holes. On the one hand, the Event Horizon Telescope (EHT) works actively, which managed to obtain shadow images for M87 and Sgr A. The data is constantly being refined. On the other hand, different theories of gravity produce different solutions for black holes. The shape and other characteristics of the shadow depend on the parameters of the black hole solution. So, solutions representing different theories are different. Thus, solutions can be compared to find the best fit to the EHT data. Secondly, there is the behavior of solutions on the scales of clusters, when the contribution from the accelerated expansion of the Universe becomes significant. Previously, the concept of a turn-around radius was introduced. This is a hypothetical surface on which the action of the internal forces of gravitational attraction is balanced by the contribution from the accelerated expansion of the Universe. On the one hand, the turnaround radius can be estimated from observational data on cluster sizes. On the other hand, this value can be calculated using solutions for spherically symmetric space-time as a first approximation. As with shadows, different theories give different kinds of solutions. Thus, solutions can be compared, identifying those that provide the best fit to the data. The choice of theories for the analysis occurs from the fact that they represent different ways of extending of the general relativity, so it seems interesting to compare the predictions of these approaches.

В конце первого года мы планируем получить: по направлению 1 - разработанный метод моделирования теней с учетом вращения чёрной дыры и первые результаты сравнительного моделирования характеристик теней; по направлению 2 - предварительные результаты вычисления радиусов разворота с учетом новых данных по размерам скоплений. К окончанию проекта мы планируем получить: по направлению 1 - результаты сравнительного моделирования характеристик теней с учетом вращения чёрных дыр, ограничения на параметры теорий и вывод о наилучшем соответствии наблюдательным данным; по направлению 2 - результаты сравнительного моделирования размера радиуса разворота для сферически-симметричных случаев (возможно, с дополнительным обобщением), ограничения на параметры теорий и вывод о наилучшем соответствии наблюдательным данным. Также имеет смысл рассмотреть результаты обоих направлений вместе, сделав выводы, какая из моделей лучше работает в различных диапазонах расстояний.

Алексеев С.О. ранее возглавлял проект РФФИ 16-02-00682 по изучению проявлений теории Хорндески в астрофизике и физике высоких энергий. В рамках этого проекта были наложены ограничения на модели скалярно-тензорной гравитации, исходя из данных пульсарного тайминга. Также были найдены ограничения на нелокальные эффекты из данных Большого адронного коллайдера. Для гибридной f(R) гравитации были найдены ограничения из Солнечной системы. Развит метод вычисления радиуса разворота для модели Старобинского с исчезающей космологической постоянной, результат был расширен на простейшие версии теории Хорндески. Получены результаты для теней черных дыр с учетом 3й поправки в невращающемся случае $g_{00} = - g_{11}$, результат был расширен на вращающийся случай. При участии части членов настоящего проекта рассмотрены примеры различных направлений обобщения ОТО. Показано отсутствие инфляционных решений существующих с нелинейной реализацией конформной симметрии. Предложена программа проверки расширенных теорий гравитации, легшая в основу настоящей заявки.