Физики подтверждают воздействие гравитации на тёмную материю
Исследование выявляет влияние гравитации на тёмную материю и рассматривает возможность существования неизвестной силы
По-прежнему многое остается неизвестным о тёмной материи, предположительно составляющей около 85% массы Вселенной. Физики уверены в её существовании, и недавнее исследование подтвердило давнее предположение о том, что тёмная материя подвержена гравитационному воздействию и может быть обнаружена через её гравитационные эффекты.
В статье, опубликованной в Nature Communications 3 ноября, представлено детальное математическое исследование галактического красного смещения — сдвига в длинах волн галактик по мере их удаления от нас. Данные включали первые три года измерений из Опыта по изучению тёмной энергии, а также 22 точки данных из различных спектроскопических исследований. Учёные оценили, насколько хорошо эти данные соответствуют силам гравитации и уравнениям Эйлера, которые астрофизики используют для учёта эффектов общей теории относительности.
Исследователи обнаружили убедительные доказательства того, что тёмная материя, как и всё прочее во Вселенной, подчиняется законам гравитации. Однако они также обратили внимание на небольшую вероятность существования загадочной пятой силы, которая, если бы существовала, значительно изменила бы поиск тёмной материи.
Деформации в пространстве-времени
Для исследования учёные обратились к гравитационным ямам — значительным «провалам» в ткани пространства-времени, вызванным гравитационной силой массивных небесных тел. Они отслеживали, как присутствие гравитационных волн вызывало сдвиги в скорости галактик, представленных данными красного смещения.
Если тёмная материя не подвержена пятой силе, то галактики — большая часть из которых состоит из тёмной материи — будут падать в эти ямы, подобно обычной материи, управляемой исключительно гравитацией, как объясняет Камиль Бонвин, соавтор исследования и физик из Женевского университета в Швейцарии.
Если же тёмная материя освобождена от действия гравитации, как указывает статья, галактики взаимодействовали бы с гравитационными волнами иначе. Вычисления команды показывают, что галактические движения действительно подчиняются общей теории относительности и уравнениям Эйлера, а это значит, что с большой вероятностью это применимо и к тёмной материи.
Пятая сила
Другая часть исследования состояла в рассмотрении возможности существования неизвестной «пятой» силы, влияющей на тёмную материю. На данный момент известно о четырёх фундаментальных силах природы — гравитации, электромагнетизме, сильной и слабой ядерных силах — которые определяют, как ведёт себя вся материя. Однако, могла ли тёмная материя действовать по другим правилам?
В кратком итоге исследование дало слабый ответ «возможно». Как признала Настасия Гримм, ведущий автор исследования и астрофизик из Портсмутского университета, Великобритания, результаты «ещё не исключают присутствие неизвестной силы». Если бы такая сила существовала, её сила не могла бы превышать 7% силы гравитации, иначе она уже проявилась бы в наблюдениях.
Тем не менее, если пятая сила действительно существует, это не только нарушит уравнение Эйлера, но и повлияет на эволюцию плотностных флуктуаций и гравитационных потенциалов, как отмечается в статье. По сути, пятая сила потребовала бы полного пересмотра методов изучения галактик астрофизиками.
Будет ли это неприятной неожиданностью или началом захватывающего путешествия, учёные пока не знают. Тем не менее, исследователи надеются вскоре иметь возможность изучить эту возможность дальше, используя следующие данные из обсерватории Веры Рубин и Опыта по изучению тёмной энергии.
