Mokslininkai tikrino, ar gravitacija veikia visur vienodai: atsakymas nustebino ne vieną

Mokslininkai atliko vieną didžiausių iki šiol gravitacijos dėsnių patikrų kosminiais masteliais, stebėdami, kaip juda tolimų galaktikų spiečiai. Rezultatai rodo, kad traukos jėga šimtais milijonų šviesmečių mastu elgiasi taip, kaip numato Niutono visuotinės traukos dėsnis ir Einšteino bendroji reliatyvumo teorija.

Niutonas aprašė, kad dviejų kūnų traukos jėga priklauso nuo jų masių ir mažėja atvirkščiai proporcingai atstumo kvadratui. Jei itin dideliais atstumais gravitacija silptų lėčiau nei prognozuojama, tai reikštų, kad dabartiniuose modeliuose trūksta fizikos. Tačiau nauji matavimai tokio nukrypimo neparodė.

Kas kelia didžiausią mįslę?

Kosmoso stebėjimai jau seniai rodo neatitikimų: galaktikų pakraščiai sukasi per greitai, galaktikų spiečiai laikosi drauge tvirčiau, nei turėtų vien dėl matomos medžiagos. Panašius signalus pateikia ir gravitacinis lęšiavimas, kai masyvūs objektai iškreipia foninę šviesą labiau, nei paaiškintų žvaigždės, dujos ir dulkės.

Šiuos reiškinius dažniausiai aiškina dvi idėjos: nematoma tamsioji materija arba pakeisti gravitacijos dėsniai dideliais mastais. Pagal plačiausiai taikomą kosmologinį modelį, didžioji dalis visos materijos yra nematoma, o jos poveikį matome tik per gravitaciją. Naujas darbas sustiprina būtent šį paaiškinimą.

Kaip išmatuotas spiečių judėjimas?

Tyrėjai analizavo maždaug 686 000 galaktikų duomenis didžiuliame Visatos tūryje, esančiame kelių milijardų šviesmečių atstumu. Dalis šių galaktikų priklauso spiečiams, kurie gravitaciškai traukia vieni kitus ir juda kosminių struktūrų tinkle. Būtent jų tarpusavio greičiai leidžia tikrinti, kaip su atstumu kinta gravitacijos poveikis.

Greitis buvo vertintas pasitelkiant kinematinį Sunjajevo ir Zel’dovičiaus efektą, susijusį su kosminio mikrobangų fono spinduliuote. Kai ši spinduliuotė praeina per karštas dujas galaktikų spiečiuose, judantis spiečius nežymiai pakeičia fono signalą dėl fotonų sklaidos į laisvuosius elektronus. Iš labai mažo poslinkio galima statistiškai nustatyti, kaip greitai spiečius judėjo.

Ką tai reiškia tamsiajai materijai?

Jei gravitacija dideliais atstumais būtų stipresnė nei tikimasi, spiečių tarpusavio greičiai rodytų lėtesnį traukos silpnėjimą. Tačiau tyrimas parodė priešingai: traukos poveikis su atstumu mažėja taip, kaip prognozuoja klasikinė ir reliatyvistinė fizika. Tai reiškia, kad Visatos mastu papildomų gravitacijos pataisų bent jau šiuo metodu aptikti nepavyko.

„Stulbina, kad atvirkštinio kvadrato dėsnis, pasiūlytas XVII amžiuje ir vėliau įtrauktas į bendrąją reliatyvumo teoriją, išlieka teisingas ir XXI amžiuje kosminiais masteliais“, – sakė kosmologas Patricio Gallardo.

Kartu mokslininkai pabrėžia, kad išvada nereiškia galutinio atsakymo, kas yra tamsioji materija. Ji vis dar nėra tiesiogiai aptikta laboratorijose, o jos prigimtis išlieka atvira: nuo silpnai sąveikaujančių dalelių iki kitų hipotetinių scenarijų. Vis dėlto tokie didelio masto bandymai siaurina alternatyvas ir stiprina argumentą, kad papildomas nematomas masės komponentas yra realesnis paaiškinimas nei modifikuota gravitacija.