На протяжении десятилетий астрофизики ломали голову над тем, почему галактики движутся так, будто нарушают фундаментальные законы физики. Новое, самое масштабное в истории исследование показало: с гравитацией все в порядке, правила игры не меняются даже на гигантских космических расстояниях. А значит, темной материи — быть, а альтернативным теориям гравитации придется потесниться.
В астрофизике давно существует своя «масштабная недостача в бухгалтерии», как метко выразился космолог Патрисио Гальярдо (Patricio A. Gallardo). Если вы посмотрите на то, как звезды вращаются внутри галактик, или как сами галактики носятся внутри своих скоплений, вы заметите очевидную проблему: они делают это слишком быстро.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Согласно классической физике, чем дальше звезда от плотного центра галактики, тем медленнее она должна лететь. Представьте себе детскую карусель: если ее раскрутить слишком сильно, тех, кто держится за самый край, центробежной силой просто выкинет в песочницу. Учитывая ту массу, которую мы можем увидеть в телескопы (звезды, пыль и газ), гравитации просто не должно хватать, чтобы удерживать эти окраинные звезды на их безумных скоростях. Но они не улетают.
Этот парадокс заставил ученых разделиться на два лагеря и выбрать одно из двух радикальных объяснений.
- Темная материя: Вселенная заполнена невидимой массой, которая работает как дополнительный космический клей и удерживает галактики от распада.
- Наши формулы сломались: Возможно, законы гравитации, описанные Исааком Ньютоном и доработанные Альбертом Эйнштейном, просто перестают работать на огромных дистанциях. Этим объяснением активно занимаются теоретики MOND (модифицированной ньютоновской динамики) и других альтернативных теорий, которые предполагают, что на макроуровне гравитация слабеет не так быстро, как мы привыкли думать.
Чтобы поставить точку в этом споре, команде Гальярдо (вместе с более чем 40 учеными со всего мира) пришлось провести самый масштабный тест гравитации в истории науки. Вы не можете просто бросить яблоко на другом конце Вселенной и посмотреть, с каким ускорением оно упадет. Поэтому астрофизики решили измерить притяжение между целыми скоплениями галактик, разнесенными на сотни миллионов световых лет.
В качестве «измерительной рулетки» они использовали Атакамский космологический телескоп (ACT) — огромный инструмент высотой с четырехэтажный дом, расположенный в чилийской пустыне. Ученые наблюдали за реликтовым излучением — древнейшим светом во Вселенной, своеобразным эхом Большого взрыва, которое равномерно пронизывает весь космос.
Когда этот свет проходит через массивные скопления галактик, он слегка искажается, сталкиваясь с электронами в горячем газе внутри них. Если эти скопления движутся навстречу друг другу под действием гравитации, это оставляет на реликтовом свечении крошечный, но измеримый отпечаток (в астрофизике это называется кинематическим эффектом Сюняева — Зельдовича). Анализируя эти микросдвиги в свете, исследователи смогли точно вычислить, с какой силой гигантские структуры притягиваются друг к другу на немыслимых космических дистанциях.
Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, оказались до безобразия классическими. Выяснилось, что даже на дистанциях в сотни миллионов световых лет гравитация слабеет в строгом соответствии с законом обратных квадратов.
Это правило, выведенное Ньютоном еще в XVII веке, означает простую вещь: если вы увеличите расстояние между двумя объектами в два раза, сила притяжения между ними упадет в четыре раза. В начале XX века Эйнштейн встроил этот принцип в свою Общую теорию относительности, объяснив гравитацию искривлением самого пространства-времени.
Данные телескопа ACT показали: формулы Эйнштейна и Ньютона работают безупречно. Гравитация не имеет никаких «скрытых настроек», которые включаются только на расстояниях в миллионы парсеков.
Контекст этого открытия сложно переоценить. Подтверждение классических законов на таких колоссальных масштабах наносит мощнейший удар по альтернативным теориям гравитации. Если гравитация ведет себя стандартно и предсказуемо, то аномальные скорости вращения галактик нельзя списать на «особые свойства физики» на больших дистанциях.
А значит, темная материя действительно существует. Да, мы до сих пор не можем потрогать ее в лаборатории и не знаем точно, из каких частиц она состоит. Но теперь у физиков есть еще одно железобетонное доказательство того, что именно ее невидимая масса создает то самое дополнительное притяжение, которое удерживает космос от того, чтобы разлететься на куски.
Каждые несколько месяцев в новостях появляются заголовки о том, что «Эйнштейн был неправ», а физику пора переписывать. Но раз за разом великий физик как бы похлопывает современных бунтарей по плечу из своего исторического далека. Оказывается, старые уравнения, написанные на меловой доске сто лет назад, отлично подходят даже для того, чтобы описывать движение самых гигантских структур в известном нам космосе.
Так что пока теоретикам придется отложить революцию и вернуться к поискам частиц темной материи — благо, теперь мы точно знаем, что искать нужно именно новую материю, а не придумывать новые формулы для гравитации.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Может ли тёмная материя состоять из чёрных дыр из другой вселенной?
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.