Фундаментальная космология строится на идее, что во Вселенной присутствует загадочное вещество — тёмная материя, на которое приходится большинство её массы и которое объясняет наблюдаемую динамику галактик и крупномасштабную структуру космоса. Однако новое теоретическое исследование поставило под вопрос саму необходимость существования тёмной материи, предлагая альтернативу: возможно, гравитация ведёт себя иначе на больших космических масштабах, чем принято считать.
Почему появилась гипотеза альтернативной гравитации
Учёные давно наблюдают, что движения звёзд в галактиках, а также поведение галактик в скоплениях не совпадают с предсказаниями классической гравитации, если учитывать только видимую материю. Эти расхождения стали основанием для введения понятия тёмной материи — невидимой субстанции, которая не взаимодействует с электрическим и магнитным излучением, но проявляет своё влияние через гравитацию.
Тёмная материя не взаимодействует со светом и другими формами электромагнитного излучения, поэтому её нельзя наблюдать напрямую; учёные выявляют её существование через косвенные эффекты, такие как:
- вращение галактик, когда периферийные звёзды движутся быстрее, чем позволил бы закон всемирного тяготения, применимый к видимой массе;
- гравитационное линзирование, когда путь света от удалённых объектов искривляется сильнее, чем ожидалось от массы видимых галактик.
Эти явления традиционно интерпретируются как следствие присутствия огромных гало тёмной материи вокруг галактик и галактических скоплений.
Новая теория: гравитация ведёт себя иначе
Предложенная Альтернативная гипотеза, автором которой является учёный из Индийского технологического института (Indian Institute of Technology), исходит из того, что тёмную материю вовсе не нужно вводить в модель Вселенной. Вместо этого предполагается, что гравитация может изменять своё поведение на очень больших масштабах, что способно объяснить те же наблюдаемые эффекты, ранее приписываемые тёмной материи.
В рамках этой теории:
- гравитационная сила может отклоняться от закона обратного квадрата расстояния (1/r²) на больших расстояниях;
- наблюдаемая динамика вращения галактик и аномалии в движении космических объектов могут быть следствием изменения закона гравитации, а не наличия невидимого вещества.
В модели, которую разработал исследователь, гравитация переходит в режим, где её сила зависит от 1/r (обратно пропорциональна расстоянию, а не квадрату расстояния). Именно такое изменение способно моделировать те же эффекты, которые обычно объясняют наличием тёмной материи, например специфические кривые вращения галактик.
Что изменяет концепция «гравитации, которая меняется»
Если гравитация действительно ведёт себя иначе на больших космических масштабах, это означает:
- Необязательно вводить новый вид материи для объяснения наблюдаемых астрономических явлений;
- Текущие объяснения, основанные на тёмной материи, могут быть частным случаем более общей теории гравитации;
- Некоторые наблюдаемые эффекты, такие как линзирование и движения галактик в скоплениях, могут быть результатом свёрнутых свойств пространства-времени, а не присутствия скрытой массы.
Однако авторы новой гипотезы подчёркивают, что предлагаемая модификация гравитации должна оставаться согласованной с фундаментальными наблюдениями, когда речь идёт о ранних этапах истории Вселенной, таких как космический микроволновый фон и формирование структуры Вселенной. Их модель предусматривает, что отклонения от обычной гравитации проявляются постепенно с увеличением масштаба, сохраняя согласие с точными измерениями в ранних космологических эпохах.
Ограничения и необходимость дальнейшего тестирования
Важно отметить, что хотя такая теория интересна с концептуальной точки зрения, она пока не заменяет полностью стандартную модель космологии. Ключевые наблюдаемые явления, относящиеся к тёмной материи, включают:
- структуры Вселенной, сформированные в ранние эпохи;
- гравитационные линзирования сложных скоплений;
- показатели космического микроволнового фона.
Любая альтернатива тёмной материи должна не только объяснять современные наблюдения, но и быть согласованной с данными о раннем развитии космоса, структурой галактик и динамикой движения внегалактических объектов.
Существующие наблюдения подтверждают влияние тёмной материи
Несмотря на теоретические дебаты, основная масса астрономических и космологических наблюдений по-прежнему согласуется с традиционной моделью, в которой тёмная материя составляет примерно 85 % всей материи во Вселенной. Эту оценку выводят из наблюдений распределения галактик, гравитационного линзирования и измерений космического микроволнового фона.
Космический телескоп James Webb Space Telescope (JWST) недавно создал одну из самых детальных карт распределения тёмной материи в определённой области космоса, используя эффект гравитационного линзирования для выявления «невидимой» массы, влияющей на путь света от удалённых галактик.
Итоги
- Тёмная материя — это гипотетическая невидимая субстанция, предполагаемая как объяснение гравитационных аномалий в галактиках и крупномасштабной структуре Вселенной.
- Новая теоретическая работа предполагает, что фундаментальные законы гравитации могут вести себя иначе на галактических масштабах, что способно объяснять те же наблюдаемые эффекты без введения тёмной материи.
- Для того чтобы заменить тёмную материю альтернативной теорией гравитации, новая модель должна согласовываться с данными от раннего космоса, движения галактик, линзирования и микроволнового фонового излучения.
- Наблюдения, включая карты тёмной материи от JWST, продолжают подтверждать влияние незаметной массы на космические структуры, но вопрос о её природе остаётся открытым и предметом активных исследований.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
