De zwaartekrachttheorie, populair onder natuurkundigen, is slecht toepasbaar op de echte wereld. Astronomen kwamen tot deze conclusie door te kijken naar wat er in de directe omgeving van zwarte gaten gebeurt. De onderzoekers stelden ook een nieuwe manier voor om modellen van zwarte gaten te bouwen. Een medewerker van de Ural Federal University, genoemd naar de eerste president van Rusland B. N. Jeltsin (UrFU) en haar collega van de Universiteit van Tokio werden gepresenteerd in het tijdschrift Classical and Quantum Gravity.
Tegenwoordig geloven de meeste wetenschappers dat zwarte gaten echte objecten zijn, en niet alleen wiskundige oplossingen voor de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie. De moderne fysica heeft echter veel voorwaarden verzameld om deze theorie te herzien. Alle fundamentele interacties die de wetenschap kent, zijn al beschreven in "kwantumtaal", behalve de zwaartekracht. Deze inconsistenties geven aan dat de relativiteitstheorie slechts één benadering is van de ultieme zwaartekrachtstheorie.
Een van de eenvoudigste versies van zo'n uitgebreide theorie is de aanname dat de gravitatieconstante die de vergelijkingen binnenkomt geen constante is, maar een veld dat kan veranderen in tijd en ruimte. Wetenschappers met een moderne nauwkeurigheid kunnen dit langzaam veranderende veld niet meten en zien het daarom alleen als een constante. Als we deze hypothese accepteren, ontstaat de zwaartekracht met een scalair veld (op elk punt gegeven door slechts één getal). Dit is hoe de eerste en eenvoudigste theorie van zwaartekracht met een scalair veld, de Brans-Dicke-theorie, werd geformuleerd. Tegenwoordig is de klasse van zwaartekrachttheorieën met een scalair veld erg breed; dergelijke theorieën worden beschouwd als een van de meest veelbelovende manieren om de algemene relativiteitstheorie uit te breiden.
In een nieuw werk onderzocht Daria Tretyakova van UrFU, samen met een collega van de Universiteit van Tokio, een van de theorieën van deze klas - het zogenaamde Horndesky-model. Horndesky is de meest algemeen mogelijke klasse van zwaartekrachttheorieën met een scalair veld, waar geen instabiliteiten zijn, dat wil zeggen, er zijn geen ongebruikelijke parameters van materie (bijvoorbeeld negatieve of denkbeeldige massa).
Op kosmologisch niveau (de schaal waarop het universum kan worden beschouwd als een enkel studieobject), hebben modellen van deze klasse, die symmetrie hebben met betrekking tot de verschuiving in ruimte en tijd van het scalaire veld, zichzelf goed bewezen, waardoor men het snel uitbreidende universum kan beschrijven zonder aanvullende theorieën op te roepen. De auteurs besloten deze modellen rigoureuzer en veelzijdiger te testen. Astronomen bestudeerden de modellen van Horndesky op de astrofysische schaal van individuele ruimtevoorwerpen en ontdekten dat zwarte gaten in modellen die zich met succes in de kosmologie hebben bewezen, instabiel zijn.
Deze modellen zijn slecht geschikt om het echte universum te beschrijven, omdat men tegenwoordig gelooft dat zwarte gaten bestaan en integendeel vrij stabiel zijn. De situatie kan echter worden opgelost: wetenschappers hebben een manier voorgesteld om Horndesky-modellen te bouwen die de stabiliteit van zwarte gaten garanderen in het kader van dergelijke theorieën. Nu zijn de auteurs van plan de nieuw voorgestelde modellen aan standaardtesten te onderwerpen: om de geschiktheid op de kosmologische en astrofysische schaal te controleren.