Новое исследование, основанное на данных телескопа Atacama Cosmology Telescope (ACT), проверило действие гравитации на рекордно больших космических масштабах и не обнаружило отклонений от закона обратных квадратов, впервые сформулированного Исааком Ньютоном и затем включённого в общую теорию относительности Эйнштейна.

Как проверяли закон гравитации

Авторы работы проанализировали влияние крупных скоплений галактик на древнее реликтовое излучение — космический микроволновой фон (CMB). По мере прохождения CMB через скопления их движение оставляет слабые сигнатуры в этом фоне, которые можно обнаружить и использовать для оценки того, как гравитация действует на очень больших расстояниях.

Исследование охватило сотни тысяч скоплений, разделённых десятками миллионов световых лет, что делает этот эксперимент самым масштабным тестом закона гравитации из когда-либо проведённых.

Результаты и их значение

Результаты, опубликованные в Physical Review Letters, показали, что сила гравитации убывает с расстоянием практически в точном соответствии с предсказаниями Ньютона и общей теории относительности. Это ограничивает класс альтернативных моделей, которые предлагали изменить закон гравитации на больших масштабах.

Поскольку измерения не выявили более медленного ослабления гравитации, варианты вроде модифицированной ньютоновской динамики (MOND), которые пытались объяснить аномальные движения звёзд и галактик изменением закона тяготения, оказались под значительным давлением результатов.

Вместе с тем исследование не даёт ответа на главный вопрос: из чего состоит тёмная материя. Поведение гравитации в соответствии с классическими законами делает более вероятной интерпретацию, что недостающая масса представлена невидимым компонентом — тёмной материей, но её природа остаётся неизвестной.

  • Данные: наблюдения с телескопа ACT и эффекты, которые скопления галактик накладывают на CMB.
  • Масштаб: сотни тысяч скоплений на расстояниях десятков миллионов световых лет друг от друга.
  • Вывод: закон обратных квадратов действует и на этих масштабах; модифицированные законы гравитации не подтверждены.

Авторы работы отмечают, что дальнейшие, ещё более точные измерения CMB и более крупные галактические обзоры позволят проверить гравитацию с ещё большей чувствительностью и, возможно, приблизят к разгадке природы тёмной материи.

Исследование выполнено консорциумом более чем из 40 учёных с участием нескольких международных институтов; проект ACT поддерживается рядом фондов и грантов, перечисленных в материале.