Исследование подтверждает, что гравитация подчиняется законам, открытыми Ньютоном и Эйнштейном даже на космическом уровне

Для большинства людей гравитация — это обычная сила, которая притягивает яблоко к земле. Однако для астрофизиков она представляет собой невидимую загадку, формирующую саму структуру космоса.

На протяжении десятилетий несоответствие в данных о Вселенной ставило экспертов в тупик: галактики движутся гораздо быстрее, чем позволяет их видимая материя.

Это несоответствие ставило перед исследователями радикальную дилемму: либо законы гравитации Ньютона и Эйнштейна не работают в больших масштабах, либо существует огромное количество невидимой материи, так называемой темной материи, создающей дополнительное притяжение.

Теперь группа исследователей во главе с физиком Патрисио Гальярдо из Пенсильванского университета, похоже, разгадала эту загадку.

Законы, которые нельзя нарушать

Используя данные Атакамского космологического телескопа (ACT), группа исследователей проанализировала скопления галактик, разделённые сотнями миллионов световых лет.

Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters , подтверждают, что сила гравитации ослабевает с расстоянием, почти точно следуя предсказаниям Исаака Ньютона, сделанным столетия назад.

«Примечательно, что закон обратных квадратов, предложенный Ньютоном в XVII веке и впоследствии включенный Эйнштейном в его общую теорию относительности, продолжает оставаться актуальным и в XXI веке», — комментирует Гальярдо.

Данное исследование представляет собой крупнейшую на сегодняшний день проверку гравитации. Продемонстрировав, что фундаментальные законы физики не нарушаются в условиях космического пространства, исследователи закрыли дверь для альтернативных теорий, таких как модифицированная ньютоновская динамика (MOND), которая пыталась объяснить движение галактик, изменяя законы физики, а не признавая существование темной материи.

Главная загадка, как объясняет Гальярдо, была проста, но глубока: звезды на краях галактик вращаются со скоростями, которые противоречат логике, если рассматривать только видимое вещество. «Астрофизика страдает от огромного расхождения. Когда мы изучаем движение галактик, некоторые из них, похоже, движутся слишком быстро для количества видимой материи, которую они содержат», — отмечает физик.

Компонент темной материи

Чтобы разгадать космическую загадку, ученые отследили свет, испущенный всего через 380 000 лет после Большого взрыва, известный как космическое микроволновое фоновое излучение.

По мере того, как этот свет проходит через массивные скопления галактик, он претерпевает незначительные искажения, вызванные гравитационным притяжением. Измерив эти сигнатуры в сотнях тысяч скоплений, команда смогла рассчитать истинную силу гравитации в астрономических масштабах.

Полученные данные практически идеально совпали с тем, что предписывают традиционные уравнения.

Поскольку гравитация, как и ожидалось, функционирует должным образом, единственным возможным объяснением скорости галактик является наличие той невидимой массы, которая так долго ускользала от науки.

«Это исследование подтверждает наличие во Вселенной компонента темной материи», — говорит Гальярдо, хотя и скромно признает, что впереди еще долгий путь:

«Но мы до сих пор не знаем, из чего состоит этот компонент».

Хотя загадка состава темной материи остается неразгаданной, фундаментальная физика стала еще более убедительной.

Во Вселенной, полной неопределенностей, правила Ньютона и Эйнштейна в очередной раз доказали свою надежность как ориентир для человечества. Как с юмором заключает сам Галлардо:

«При таком количестве нерешенных вопросов гравитация остается одной из самых захватывающих областей исследований. Это, естественно, привлекательная область».

источник