Вчені остаточно спростували існування п’ятої фундаментальної сили природи

Вчені з Університету Женеви з’ясували, що темна матерія — одна з найбільш загадкових компонентів Всесвіту — підпорядковується гравітації на космічних масштабах. Це відкриття допомагає відкинути або суттєво обмежити існування п’ятої фундаментальної сили природи, яка могла б діяти поруч із відомими — гравітацією, електромагнетизмом, сильною та слабкою ядерними взаємодіями.

Темна матерія становить близько 85% всієї матерії у Всесвіті, але не випромінює світло й не взаємодіє з електромагнітним полем так, як звичайна речовина. Її присутність можна виявити лише через гравітаційний вплив на зорі, галактики та космічне випромінювання. Досі вчені знали, що вона підкоряється законам гравітації всередині галактик, але було незрозуміло, чи працюють ті ж самі закони загальної теорії відносності Ейнштейна на масштабах усього Всесвіту.

Щоб це перевірити, дослідники порівняли швидкості руху галактик з глибиною гравітаційних “колодязів” — викривлень простору-часу, спричинених масивними об’єктами. “Якщо темна матерія не підпорядковується п’ятій силі, то галактики, що складаються переважно з неї, повинні падати в ці гравітаційні ями так само, як і звичайна матерія,” пояснила Камілль Бонвен, співавторка дослідження. “Але якщо існує ще одна сила, вона змінювала б рух галактик, і ми могли б це побачити.”

Аналіз сучасних космологічних даних показав, що темна матерія поводиться саме так, як передбачає гравітація Ейнштейна, — жодних ознак нової сили не виявлено. Однак дослідники уточнюють, що повністю виключити її існування поки не можна. “Якщо п’ята сила все ж існує, її вплив не перевищує 7% сили гравітації — інакше ми вже побачили б її ефект у наших спостереженнях,” зазначила Настассія Грімм з Університету Портсмута.

Вчені сподіваються, що майбутні проєкти, зокрема огляд LSST у Обсерваторії Вери Рубін та інструмент DESI (Dark Ener­gy Spec­tro­scop­ic Instru­ment), дадуть змогу перевірити навіть слабші взаємодії — до 2% сили гравітації. “Ці дані допоможуть ще краще зрозуміти, як поводиться темна матерія,” підкреслив Ісак Тутюсо з Університету Тулузи.

Дослідження опубліковане 3 листопада у журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions.