Analiza brzina oko 686.000 galaksija na 5–7 milijardi svetlosnih godina pružila je dosad najveći test zakona gravitacije. Koristeći kinematički Sunjaev–Zeldovičev efekat, istraživači su utvrdili da gravitaciona sila brzo slabi sa rastojanjem, što je u skladu sa Njutnom i Ajnštajnom. Rezultati dodatno podržavaju hipotezu o tamnoj materiji (≈85% ukupne materije), ali njena priroda i dalje ostaje nepoznata.
Najveći Test Njutnovog Zakona Gravitacije: Kretanje Klastera Podržava Tamnu Materiju
Light from a distant galaxy becomes warped as it travels through space-time gravitationally curving around a foreground cluster. (Saurabh Jha/Rutgers, The State University of New Jersey)
Posmatranja kretanja klastera galaksija u dalekom delu Univerzuma predstavljaju dosad najopsežniji test zakona gravitacije i daju snažnu podršku ideji o postojanju tamne materije.
Galaxy clusters can contain thousands of galaxies, and can be used to probe extreme physics. This one is MACS J1149.6+2223. (NASA, ESA, and S. Rodney/JHU and the FrontierSN team; T. Treu/UCLA, P. Kelly/UC Berkeley, and the GLASS team; J. Lotz/STScI and the Frontier Fields team; M. Postman/STScI and the CLASH team; and Z. Levay/STScI)
Šta su istraživači uradili?
Tim kosmologa predvođen Patriciom Gallardom sa Univerziteta Pensilvanija analizirao je brzine klastera galaksija smeštenih na udaljenostima od oko 5 do 7 milijardi svetlosnih godina. U uzorku se nalazi približno 686.000 galaksija, od kojih su mnoge grupisane u klastere koji se gravitaciono približavaju jedan drugom.
Diagram illustrating gravitational lensing. (NASA, ESA & L. Calçada)
Kako su merili brzine?
Istraživači su koristili takozvani kinematički Sunjaev–Zeldovičev efekat (kSZ). Kosmičko mikrovalno pozadinsko zračenje (CMB) prolazi kroz oblak vrućeg gasa oko klastera; ako se klaster kreće, interakcija fotona sa slobodnim elektronima menja mali deo CMB signala. Mereći taj pomak, naučnici mogu odrediti brzinu klastera u trenutku prolaza svetlosti kroz njih, a brzine međusobnog približavanja koriste za ispitivanje masa i načina delovanja gravitacije na velikim skalama.
The outer edges of galaxies move way too fast to be explained by baryonic mass. (ESA/Hubble & NASA)
„Zapanjujuće je da zakon obrnutih kvadrata — koji je Njutn predložio u 17. veku, a koji je kasnije ugrađen u Ajnštajnovu teoriju opšte relativnosti — i dalje opstaje i u 21. veku“, kaže kosmolog Patricio Gallardo.
Šta su rezultati pokazali?
Umesto da privlačna sila slabi sporije nego što predviđaju sadašnje teorije (što bi ukazivalo na potrebu za modifikacijom gravitacije), posmatranja pokazuju da gravitaciona privlačnost između klastera brzo opada sa rastojanjem. To je u skladu sa predviđanjima Njutna i Ajnštajna i daje dodatnu podršku hipotezi da većinu neobjašnjenih gravitacionih efekata izaziva tamna materija.
Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter
Na osnovu različitih nezavisnih merenja, procenjuje se da tamna materija čini oko 85% ukupne materije u Univerzumu, ali natura te komponente i dalje ostaje nepoznata.
„Ovo istraživanje jača dokaze da Univerzum sadrži komponentu tamne materije, ali i dalje ne znamo od čega je ta komponenta sastavljena“, dodaje Gallardo.
Zašto je to važno?
Rezultati su važni jer testiraju gravitaciju na najvećim skalama koje možemo meriti i pomažu da se suzi prostor mogućih teorija koje objašnjavaju ponašanje Univerzuma. Iako podržavaju ideju tamne materije, studija ne razrešava pitanja o njenoj prirodi — što ostavlja otvorena polja za buduća posmatranja i laboratorijske eksperimente.
Rad je objavljen u časopisu Physical Review Letters.
Pomozite nam da budemo bolji.
