Более трех веков назад Исаак Ньютон описал, как сила притяжения ослабевает с увеличением расстояния. Теперь астрофизики проверили этот закон на крупнейших структурах во Вселенной и получили однозначный ответ.
Что проверяли и как
Исследователи, работающие с Атакамским космологическим телескопом (Atacama Cosmology Telescope, ACT) в Чили, сравнили расположение и скорости движения сотен тысяч галактических скоплений. Скопления — это гравитационно связанные системы, состоящие из сотен галактик. Одна такая группа может иметь массу в квадриллионы масс Солнца и простираться на десятки миллионов световых лет.
Чем ближе два скопления друг к другу, тем быстрее они движутся относительно друг друга — так же, как планеты, расположенные ближе к Солнцу, имеют более высокую орбитальную скорость. Именно эта зависимость и позволяет проверить природу гравитации.
Реликтовое излучение как инструмент
Скорости скоплений ученые измеряли благодаря особому эффекту: фотоны реликтового излучения — древнего света, заполняющего Вселенную после Большого взрыва, — проходя через скопления, сталкиваются с электронами и, в зависимости от направления своего движения, набирают или теряют энергию.
Это явление называется кинематическим эффектом Сюняева — Зельдовича. Оно позволяет не только обнаруживать скопления, но и непосредственно измерять их скорости. Данные о пространственном распределении галактик были получены в рамках проекта «Слоановский цифровой обзор неба» (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), который с 2000 года осуществляет картографирование миллионов галактик.
Чтобы избежать искажений от расширения Вселенной, авторы сосредоточились на скоплениях, расположенных на расстоянии от 5,6 до 7,7 млрд световых лет от нас. На расстояниях от 80 до 800 млн световых лет сила притяжения изменялась точно по ньютоновской формуле обратного квадрата расстояния. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Удар по альтернативной теории
Эти результаты наносят очередной удар по модифицированной ньютоновской динамике (MOND — Modified Newtonian Dynamics) — теории, предложенной в 1980-х годах в качестве альтернативы темной материи. Согласно MOND, на больших масштабах гравитация должна была бы падать медленнее — обратно пропорционально первой степени расстояния, а не квадрату. Новые данные этого не подтверждают.
Астрофизик из Йельского университета Прия Натараджан отмечает, что такой результат не является неожиданностью, однако он существенно сужает пространство для альтернативных объяснений.
Что дальше
Телескоп ACT завершил свою миссию в 2022 году, однако на смену ему уже пришел комплекс микроволновых телескопов «Обсерватория Саймонса» (Simons Observatory), который официально приступил к сбору научных данных.
По словам соавтора исследования Криса Пардо, новый инструмент будет измерять кинематический эффект Сюняева — Зельдовича значительно точнее и станет мощным средством для изучения темной энергии и истории расширения Вселенной.
Источник: science.org
