Астрономы проверили, как работает гравитация на масштабах Вселенной
Гравитация в повседневном представлении — это сила, удерживающая предметы на Земле. Однако в космологии она выступает ключевым механизмом, который формирует структуру всей Вселенной — от галактик до гигантских скоплений.
На протяжении десятилетий астрономы сталкиваются с проблемой: наблюдаемые скорости движения галактик и звезд не совпадают с расчетами, основанными только на видимой материи. Как отмечает астрофизик Патрисио А. Гальярдо, это создает фундаментальное расхождение в данных.
«Когда мы изучаем, как звезды вращаются внутри галактик или как галактики движутся внутри скоплений, некоторые из них, похоже, движутся слишком быстро для количества видимой материи», — поясняет он.
Две возможные интерпретации проблемы
Ученые рассматривают два основных объяснения:
- наличие невидимой массы — темной материи, создающей дополнительное гравитационное притяжение
- необходимость модификации законов гравитации на больших масштабах
Эта дилемма лежит в основе современных дискуссий в космологии.
Новый тест гравитации на огромных расстояниях
Группа исследователей использовала данные Атакамского космологического телескопа (ACT), который фиксирует космическое микроволновое фоновое излучение — реликтовый свет, возникший примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва.
Этот сигнал проходит через скопления галактик и слегка искажается под действием их массы. По этим искажениям можно оценивать распределение материи и силу гравитации на масштабах в сотни миллионов световых лет.
Исследование, выполненное командой из Пенсильванского университета под руководством Марка Девлина, стало одним из самых масштабных тестов гравитации в космических структурах.
Что показали результаты
Анализ, опубликованный в журнале Physical Review Letters, показал, что гравитация ослабевает с расстоянием так, как предсказывают законы Ньютона и общая теория относительности Эйнштейна.
«Примечательно, что закон обратных квадратов, предложенный Ньютоном в XVII веке, по-прежнему сохраняет свою актуальность в XXI веке», — отмечает Гальярдо.
Это означает, что на экстремально больших масштабах не обнаружено отклонений, которые требовали бы пересмотра базовых уравнений гравитации.
Последствия для теории темной материи
Результаты укрепляют стандартную космологическую модель и одновременно ограничивают альтернативные подходы, такие как MOND, которые предполагают изменение законов гравитации вместо введения тёмной материи.
Если бы модифицированные теории были верны, наблюдаемые эффекты должны были бы выглядеть иначе — с более слабым спадом гравитационного влияния на расстоянии. Однако данные этого не подтверждают.
Галактики, которые «движутся слишком быстро»
Проблема остается прежней: звезды на периферии галактик и сами галактики в скоплениях движутся быстрее, чем позволяет видимая масса.
Это приводит к выводу, что во Вселенной должен существовать дополнительный компонент материи, который мы пока не наблюдаем напрямую.
«Либо гравитация ведет себя иначе в больших масштабах, либо во Вселенной есть дополнительная материя, которую мы не видим», — подчеркивает Гальярдо.
Что дальше
Ученые планируют использовать новые наблюдения реликтового излучения и более крупные обзоры галактик, чтобы уточнить измерения и проверить пределы применимости теории гравитации.
Несмотря на нерешенные вопросы, результаты подтверждают, что базовые законы Ньютона и Эйнштейна продолжают работать даже на масштабах, которые во времена их формулировки невозможно было представить.
