Гравитация живёт по старым добрым законам: новое исследование оставляет теориям-альтернативам мало шансов

Исследование подтверждает: гравитация подчиняется законам Ньютона и Эйнштейна даже на космическом уровне

Отслеживая скопления галактик, разделённые сотнями миллионов световых лет, физик из Университета Пенсильвании Патрисио Гальярдо и его коллеги обнаружили, что законы гравитации Ньютона и Эйнштейна по-прежнему работают, что оставляет мало сомнений в существовании невидимой тёмной материи.

Для большинства гравитация — это привычная сила, которая тянет яблоко к земле. Однако для астрофизиков она представляет собой невидимую загадку, формирующую саму структуру космоса. Десятилетиями одна нестыковка в бухгалтерских книгах вселенной ставила экспертов в тупик: галактики движутся гораздо быстрее, чем позволяла бы их видимая материя.

Это несоответствие создавало радикальную дилемму: либо законы гравитации Ньютона и Эйнштейна перестают работать на больших масштабах, либо существует огромное количество невидимой, так называемой тёмной материи, которая создаёт дополнительное притяжение. Теперь команда исследователей под руководством физика Патрисио Гальярдо из Университета Пенсильвании, похоже, разгадала эту загадку.

Законы, которые не нарушаются

Используя данные с Телескопа космологии Атакамы (ACT), команда проанализировала скопления галактик, разделённые сотнями миллионов световых лет. Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, подтверждают, что сила гравитации ослабевает с расстоянием, почти точно следуя вековым предсказаниям Исаака Ньютона.

«Замечательно, что закон обратных квадратов — предложенный Ньютоном в XVII веке и позже включённый Эйнштейном в его общую теорию относительности — продолжает уверенно держаться и в XXI веке», — комментирует Гальярдо.

Телескоп космологии Атакамы измеряет самый древний свет во вселенной, известный как космическое микроволновое фоновое излучение. На основе этих измерений учёные могут вычислить возраст вселенной. Источник: Дебра Келлнер.

Это исследование представляет собой проверку гравитации на самых больших масштабах из когда-либо проведённых. Продемонстрировав, что фундаментальные законы не нарушаются на дальних рубежах космоса, исследователи закрыли дверь для альтернативных теорий, таких как модифицированная ньютоновская динамика (МОНД), которая пыталась объяснить движение галактик, изменяя правила физики вместо того, чтобы принять существование тёмной материи.

Центральная головоломка, объясняет Гальярдо, была простой, но глубокой: звёзды на окраинах галактик вращаются со скоростями, которые бросают вызов логике, если учитывать только ту материю, которую мы можем видеть.

«Астрофизика долго страдала от массового несоответствия. Когда мы смотрим, как движутся галактики, некоторые из них, кажется, движутся слишком быстро для того количества видимой материи, которое они содержат», — отмечает физик.

Компонент тёмной материи

Чтобы разгадать космическую «головоломку», учёные проследили за светом, испущенным всего через 380 000 лет после Большого взрыва, известным как космическое микроволновое фоновое излучение. Когда этот свет путешествует и проходит через массивные скопления галактик, он испытывает тонкие искажения, вызванные гравитационным притяжением. Измеряя эти отпечатки на сотнях тысяч скоплений, команда смогла рассчитать реальную силу гравитации на астрономических масштабах.

Данные совпали почти идеально с тем, что диктуют традиционные уравнения. Поскольку подтвердилось, что гравитация работает так, как и ожидалось, единственным возможным объяснением скорости галактик является присутствие той самой невидимой массы, которая так долго ускользала от науки.

Патрисио Гальярдо и его коллеги использовали кинематический эффект Сюняева — Зельдовича — крошечное изменение, отпечатанное на космическом микроволновом фоне (слева), когда его свет проходит через горячий газ, окружающий движущиеся скопления галактик (в центре). Цель состояла в том, чтобы измерить, насколько быстро пары скоплений притягиваются друг к другу, и проверить, ослабевает ли гравитация с расстоянием так, как предсказывает стандартная физика. Источник: Люси Рединг / Фонд Саймонса.

«Это исследование укрепляет доказательства того, что вселенная содержит компонент тёмной материи», — утверждает Гальярдо, хотя смиренно признаёт, какой путь ещё предстоит пройти: «Но мы всё ещё не знаем, из чего состоит этот компонент».

Хотя тайна состава тёмной материи сохраняется, фундаментальная физика торжествует победу. Во вселенной, полной неопределённостей, правила Ньютона и Эйнштейна в очередной раз доказали, что они — самый надёжный компас человечества. Как с юмором заключает сам Гальярдо: «При таком количестве вопросов без ответа гравитация остаётся одной из самых захватывающих областей исследований. Это, естественно, притягательная область».

• Изображения: CC Attribution: CC BY; CC BY-SA.

👿 Не будьте троллем. Если в моих тексте есть ошибки, объясните, в чём они заключаются. Неуважительные комментарии будут удалены, а нарушитель забанен. 👿

• Хотите разгадывать тайны вместе? Заходите в наш Telegram или в MAX. Присоединяйтесь, ваше мнение важно! А если хотите поддержать нас — купите нам кофе ☕. Каждая чашка помогает искать новые загадки. Или просто оставьте комментарий в VK — нам действительно важно, что вы думаете!