На протяжении десятилетий астрофизики сталкиваются с наблюдениями, которые не укладываются в привычную картину мира. Некоторые звёзды и галактики движутся гораздо быстрее, чем позволяет их видимая масса. Эта загадка заставляет космологов проверять, действуют ли законы гравитации, установленные Исааком Ньютоном и Альбертом Эйнштейном, во всех уголках Вселенной.
Расхождение в данных указывает на две возможные причины. Либо Вселенная содержит большое количество невидимой «тёмной материи», чьё притяжение создаёт дополнительную гравитационную силу, либо фундаментальные законы гравитации требуют пересмотра. Группа учёных под руководством Патрисио Гальярдо из Пенсильванского университета провела самое масштабное на сегодня исследование этого вопроса.
Чтобы проверить гипотезы, команда проанализировала данные Атакамского космологического телескопа. Они изучили гравитационное взаимодействие между скоплениями галактик, разделёнными сотнями миллионов световых лет. В качестве инструмента исследователи использовали реликтовое излучение – свет, испущенный примерно через 380 тыс. лет после Большого взрыва. Когда этот свет проходит сквозь массивные скопления галактик, их движение вызывает в нём едва заметные изменения. Изучив эти слабые искажения от сотен тысяч скоплений, учёные смогли измерить, как гравитация действует на огромных расстояниях.
Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, показали, что сила гравитации убывает с расстоянием практически в точности так, как предсказывает закон обратных квадратов Ньютона, который лёг в основу общей теории относительности Эйнштейна. Если бы верной оказалась одна из альтернативных теорий, например модифицированная ньютоновская динамика (MOND), гравитационная сила ослабевала бы с расстоянием более плавно.
Поскольку гравитация ведёт себя предсказуемо, изменить её законы для объяснения аномально быстрого движения галактик не получится. Результаты исследования стали ещё одним весомым доводом в пользу того, что дополнительную гравитацию создаёт невидимый компонент – тёмная материя. Хотя работа подтверждает стандартную космологическую модель, она не отвечает на главный вопрос: из чего состоит тёмная материя. Эта загадка остаётся одной из ключевых в современной физике.
