Гравитацию в очередной раз проверили на прочность. Но там, где особенно легко ждать сюрпризов: не в пределах одной галактики и не внутри отдельного скопления, а на расстояниях в сотни миллионов световых лет. И (вот это чудо!) проверка закончилась в пользу классической физики.
Группа под руководством ученых из Пенсильванского университета использовала данные Атакамского космологического телескопа и проследила, как скопления галактик движутся на огромных расстояниях. Исследователи хотели понять, есть ли на таких масштабах отклонения в работе гравитации, которые могли бы объяснить старую космологическую проблему без привлечения темной материи.
Проблема известна давно. Звезды на окраинах галактик вращаются быстрее, чем позволяет масса видимого вещества. На уровне скоплений картина похожая: галактики внутри них тоже движутся так, будто в системе присутствует дополнительная масса. Из-за этого космология уже много лет держится между двумя объяснениями. Либо гравитация на очень больших расстояниях работает иначе, либо во Вселенной есть невидимое вещество, которое пока не удается обнаружить напрямую.
Чтобы проверить первую версию, ученые использовали реликтовое излучение, то есть слабый фон, сохранившийся со времен ранней Вселенной. Когда такой сигнал проходит через массивное скопление галактик, горячий газ внутри структуры слегка меняет его свойства. По этим слабым искажениям можно восстановить движение самих скоплений и оценить, как быстро они сближаются под действием взаимного притяжения.
Именно такой подход позволил измерить поведение гравитации на масштабах в сотни миллионов световых лет. Полученные значения совпали с расчетами стандартной физики. Никаких признаков того, что сила тяготения убывает по другому закону, исследователи не нашли. Для космологии это важный результат. Закон обратных квадратов, сформулированный еще в 17 веке, утверждает, что сила притяжения уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Если дистанция увеличивается в два раза, воздействие падает в 4 раза.
Вывод исследования бьет по теориям, которые пытаются как бы нейтрализовать темную материю за счет пересмотра самой гравитации. В их числе и модифицированная ньютоновская динамика, где поведение тяготения на больших расстояниях описывают иначе. Одновременно усиливается более привычное объяснение. Если гравитация на крупнейших масштабах ведет себя штатно, тогда расхождение между наблюдаемым движением и видимой массой по-прежнему указывает на скрытый компонент вещества. Темная материя от этого не становится понятнее по составу, но сама гипотеза получает дополнительную опору.