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.
Новая математическая модель объясняет вращение галактик без темной материи
Гравитационные волны подтвердили бесследное исчезновение некоторых звезд
Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX