Понад три сторіччя тому Ісаак Ньютон описав, як тяжіння слабшає зі збільшенням відстані. Тепер астрофізики перевірили цей закон на найбільших структурах у Всесвіті й отримали чітку відповідь.
Що перевіряли і як
Дослідники, які працюють з Атакамським космологічним телескопом (Atacama Cosmology Telescope, ACT) у Чилі порівняли розташування та швидкості руху сотень тисяч галактичних скупчень. Скупчення — це гравітаційно зв’язані системи з сотень галактик. Одна така група може мати масу у квадрильйони сонячних і простягатися на десятки мільйонів світлових років.
Чим ближчі два скупчення між собою, тим швидше вони рухаються відносно одне одного — так само, як планети ближчі до Сонця мають вищу орбітальну швидкість. Саме ця залежність і дозволяє перевірити природу гравітації.
Реліктове випромінювання як інструмент
Швидкості скупчень науковці вимірювали через особливий ефект: фотони реліктового випромінювання — давнього світла, що заповнює Всесвіт після Великого вибуху, — проходячи крізь скупчення, стикаються з електронами й залежно від напрямку його руху набирають або втрачають енергію.
Це явище називається кінематичним ефектом Сюняєва — Зельдовича. Воно дозволяє не лише виявляти скупчення, а й безпосередньо вимірювати їхні швидкості. Дані про просторовий розподіл галактик були отримані в межах проєкту «Слоанівський цифровий огляд неба» (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), який із 2000 року здійснює картографування мільйонів галактик.
Щоб уникнути спотворень від розширення Всесвіту, автори зосередилися на скупченнях, розташованих на відстані від 5,6 до 7,7 млрд світлових років від нас. На масштабах від 80 до 800 млн світлових років сила тяжіння змінювалася точно за ньютонівською формулою оберненого квадрата відстані. Дослідження опубліковане у журналі Physical Review Letters.
Удар по альтернативній теорії
Результати завдають чергового удару по модифікованій ньютонівській динаміці (MOND — Modified Newtonian Dynamics) — теорії, запропонованій у 1980-х роках як альтернатива темній матерії. Згідно з MOND, на великих масштабах гравітація мала б спадати повільніше — обернено пропорційно першому ступеню відстані, а не квадрату. Нові дані цього не підтверджують.
Астрофізик з Єльського університету, Прія Натараджан, зазначає, що такий результат не є несподіванкою, проте він суттєво звужує простір для альтернативних пояснень.
Що далі
Телескоп ACT завершив свою місію у 2022 році, проте йому на зміну вже прийшов комплекс мікрохвильових телескопів «Обсерваторія Саймонса» (Simons Observatory), який офіційно розпочав збір наукових даних.
За словами співавтора дослідження Кріса Пардо, новий інструмент вимірюватиме кінематичний ефект Сюняєва — Зельдовича значно точніше і стане потужним засобом для вивчення темної енергії та історії розширення Всесвіту.
Джерело: science.org
