Ar Niutonas ir Einšteinas buvo teisūs? Naujas tyrimas kosmose pateikė atsakymą
Tarptautinė mokslininkų komanda pateikė vieną plačiausių iki šiol gravitacijos patikrinimų kosminiais mastais ir priėjo prie aiškios išvados: Niutono ir Einšteino aprašytos taisyklės galioja net ten, kur atstumai skaičiuojami šimtais milijonų šviesmečių. Rezultatai publikuoti mokslo žurnale Physical Review Letters.
Ši tema astronomams svarbi dėl senos problemos, vadinamos kosmine neatitiktimi: galaktikų pakraščiuose esančios žvaigždės ir galaktikų spiečiuose judantys objektai juda greičiau, nei turėtų pagal matomos medžiagos kiekį. Jei gravitacija veiktų tik pagal matomą masę, dalis struktūrų paprasčiausiai iširtų.
Ilgą laiką buvo svarstomi du pagrindiniai paaiškinimai: Visata yra pilna nematomos tamsiosios materijos, kuri suteikia papildomą gravitacinį poveikį, arba mūsų gravitacijos dėsnius reikia koreguoti dideliuose masteliuose. Viena žinomiausių alternatyvų buvo modifikuotos Niutono dinamikos idėja, teigianti, kad esant labai mažiems pagreičiams gravitacija ima elgtis kitaip.
Kaip tai patikrinta?
Tyrimui panaudoti Atacama Cosmology Telescope teleskopo duomenys iš Čilės Andų. Esminiu įrankiu tapo kosminis mikrobangų fonas, seniausia Visatos šviesa, atsiradusi praėjus maždaug 380 000 metų po Didžiojo sprogimo.
Keliaudama milijardus metų ši spinduliuotė praeina pro galaktikų spiečius ir dėl jų masės bei judėjimo patiria subtilius iškraipymus. Šie iškraipymai leidžia atsekti, kaip stipriai gravitacija veikia didžiausias Visatos struktūras ir ar ji silpsta taip, kaip numato klasikiniai dėsniai.
Ką parodė rezultatai?
Išanalizavę šimtų tūkstančių galaktikų spiečių signalus, tyrėjai atliko ypač plataus masto gravitacijos testą. Jei alternatyvios teorijos būtų teisingos, duomenyse turėtų matytis nukrypimai, pavyzdžiui, lėtesnis gravitacijos silpnėjimas didėjant atstumui.
Tačiau gauti matavimai atitiko klasikines prognozes: gravitacijos poveikis silpsta proporcingai atstumo kvadratui, kaip numato Niutono visuotinės traukos dėsnis, o didelių mastelių reiškiniai dera su bendrosios reliatyvumo teorijos aprašymu.
„Neįtikėtina, kad atvirkštinio kvadrato dėsnis, pasiūlytas XVII amžiuje, ir XXI amžiuje laikosi tvirtai, nors jį tikriname masėmis ir atstumais, kurie Niutonui būtų buvę neįsivaizduojami“, – sakė Patricio A. Gallardo.
Kodėl tai svarbu tamsiajai materijai?
Šios išvados stiprina standartinį kosmologinį modelį ir silpnina argumentus, kad trūkstamą masę galima paaiškinti vien gravitacijos dėsnių pakeitimais. Jei gravitacija kosminiais mastais elgiasi taip, kaip prognozuojama, tada perteklinis galaktikų ir spiečių judėjimo greitis labiau rodo tamsiosios materijos buvimą.
Kartu tai išryškina kitą problemą: nors tamsiosios materijos poveikis matomas per gravitaciją, jos prigimties vis dar nežinome. Tiesioginis aptikimas iki šiol nepavyko, todėl vis daugiau vilčių siejama su tikslesniais kosmologiniais matavimais ir naujais dangaus tyrimais.
Mokslininkai pabrėžia, kad artimiausiais metais gravitacijos testai bus dar griežtesni, nes kaupiama daugiau kosminio mikrobangų fono duomenų ir rengiami didesnės apimties galaktikų žemėlapiai. Kuo tiksliau matuosime didžiųjų struktūrų elgseną, tuo mažiau liks erdvės spėlionėms ir tuo arčiau būsime atsakymo, kas iš tikrųjų sudaro didžiąją Visatos masės dalį.
