Międzynarodowy zespół badaczy z udziałem prof. dr. hab. Marka Biesiady Narodowego Centrum Badań Jądrowych oraz dr Aleksandry Piórkowskiej-Kurpas z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach przeprowadził jedno z najdokładniejszych badań sprawdzających tzw. słabą zasadę równoważności — fundament ogólnej teorii względności Alberta Einsteina.

Wyniki opisano w publikacji „Testing Weak Equivalence Principle with IceCube Event and Blazar” autorstwa Tian-Cong Wang, Aleksandry Piórkowskiej-Kurpas, Marka Biesiady i He Gao, opublikowanej 7 kwietnia 2026 roku w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. DOI publikacji: 10.3847/2041-8213/ae5626.

Słaba zasada równoważności mówi, że wszystkie obiekty — niezależnie od swojej budowy i rodzaju — powinny spadać w polu grawitacyjnym w taki sam sposób. To właśnie na tej zasadzie opiera się teoria Einsteina opisująca grawitację jako zakrzywienie czasoprzestrzeni.

Naukowcy sprawdzali, czy zasada ta działa również dla najbardziej ekstremalnych cząstek we Wszechświecie — wysokoenergetycznych neutrin i fotonów gamma docierających do Ziemi z odległych galaktyk aktywnych zwanych blazarami.

– Neutrina to niemal niewidzialne cząstki elementarne, które bardzo słabo oddziałują z materią i potrafią przenikać przez całe planety. Fotony gamma są natomiast najbardziej energetyczną formą promieniowania elektromagnetycznego. Oba rodzaje cząstek mogą podróżować przez miliardy lat świetlnych, niosąc informacje o najbardziej gwałtownych zjawiskach we Wszechświecie – mówi prof. dr hab. M. Biesiada.

Badacze wykorzystali dane z obserwatorium IceCube Neutrino Observatory, które rejestruje wysokoenergetyczne neutrina pochodzące z kosmosu. Analizowano neutrina powiązane z rozbłyskami promieniowania gamma emitowanymi przez dwa odległe blazary — niezwykle aktywne galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami w centrum.

Istotą pracy było sprawdzenie, czy neutrina i fotony podróżujące przez ogromne kosmiczne odległości reagują na grawitację dokładnie tak samo. Gdyby docierały do Ziemi w sposób odbiegający od przewidywań teorii względności, mogłoby to oznaczać konieczność zmiany obecnych teorii fizycznych.

Do analizy wykorzystano tzw. opóźnienie Shapiro, czyli efekt przewidywany przez teorię względności. Polega on na tym, że silne pola grawitacyjne zakrzywiają czasoprzestrzeń i mogą minimalnie opóźniać podróż cząstek przemieszczających się przez Wszechświat. W omawianej pracy, badając czasy przelotu neutrin i fotonów gamma, uwzględniono efekt Shapiro pochodzący od wielkoskalowej struktury zwanej Laniakea. Jest to jedna z największych znanych supergromad galaktyk, do której należy nasza Droga Mleczna wraz z Układem Słonecznym. 

Wyniki pokazały, że ewentualne różnice w zachowaniu neutrin i fotonów pod wpływem grawitacji są mniejsze niż jedna stumilionowa. Oznacza to, że słaba zasada równoważności została potwierdzona z dokładnością nawet do poziomu 10⁻⁸ — znacznie lepszą niż w wielu wcześniejszych badaniach astrofizycznych.

Wkład naukowców z NCBJ obejmował analizę astrofizyczną danych, modelowanie efektów grawitacyjnych Laniakei oraz interpretację wyników w kontekście teorii względności i fizyki fundamentalnej.

Badanie ma znaczenie nie tylko dla astrofizyki, ale dla całej współczesnej fizyki. Ogólna teoria względności jest podstawą m.in. technologii GPS, współczesnej kosmologii oraz badań czarnych dziur i fal grawitacyjnych. Każde coraz dokładniejsze potwierdzenie lub podważenie jej założeń może prowadzić do odkrycia nowej fizyki wykraczającej poza obecny model opisujący Wszechświat.

Autorzy podkreślają, że rozwój nowych obserwatoriów neutrin i promieniowania gamma pozwoli w przyszłości jeszcze dokładniej testować fundamentalne prawa natury. Nadchodzące instrumenty, takie jak Cherenkov Telescope Array Observatory czy KM3NeT, mogą otworzyć nowy etap badań nad grawitacją i strukturą Wszechświata.