Фундаментом современной космологии служит модель ΛCDM, постулирующая, что подавляющая часть материи Вселенной (около 85%) приходится на долю гипотетической тёмной материи. Именно этой невидимой субстанции отводится роль связующего звена, удерживающего галактики, формирующего их скопления и определяющего эволюцию крупномасштабных структур. Однако за десятилетия кропотливых поисков ни одна частица тёмной материи так и не была зафиксирована в ходе лабораторных экспериментов. Это побуждает научное сообщество рассматривать альтернативный сценарий: возможно, корень проблемы кроется не в наличии «скрытой массы», а в особенностях функционирования самой гравитации.
Одной из наиболее проработанных альтернатив выступает теория STVG (известная также как MOG) — концепция модифицированной гравитации, в которой интенсивность притяжения варьируется в зависимости от пространственных масштабов. Согласно данной модели, гравитационное взаимодействие значительно усиливается на колоссальных дистанциях, оставаясь почти ньютоновским на малых расстояниях. Благодаря этому эффекту галактики и их скопления демонстрируют динамику, характерную для объектов с избыточной массой, хотя в действительности она отсутствует.
Исследователи продемонстрировали, что в рамках этой теории можно обосновать практически все ключевые достижения стандартной модели. Кривые вращения галактик, эффекты гравитационного линзирования, поведение скоплений и тонкая структура реликтового излучения описываются в MOG столь же корректно, как и в ΛCDM. С математической точки зрения усиленная гравитация в этой модели полностью компенсирует отсутствие вклада тёмной материи.
В итоге возникает феномен, называемый «наблюдательной дегенерацией»: опираясь на стандартные космологические данные, невозможно однозначно определить, что именно фиксируют приборы — реальное присутствие тёмной материи или проявления усиленной гравитации. Темпы роста возмущений плотности и характер распределения вещества во Вселенной в обеих концепциях идентичны. Для современных телескопов и орбитальных обсерваторий эти две картины мира выглядят практически неразличимыми.
Отдельное внимание авторы уделили барионным акустическим осцилляциям — специфическим «волнам» в распределении галактик. Если в ΛCDM их морфология объясняется влиянием тёмной материи, то в модели MOG схожий эффект сглаживания возникает естественным образом из-за масштабной зависимости гравитационных сил. В результате наблюдаемый спектр материи вновь не позволяет отдать предпочтение какой-либо одной теории.
Существенные различия обнаруживаются лишь на космологических сверхмасштабах, измеряемых миллиардами световых лет. Стандартная модель ΛCDM предполагает, что на таких расстояниях гравитационные потенциалы быстро затухают, а масштабные согласованные движения материи должны быть выражены крайне слабо. В MOG, напротив, аномально сильная гравитация поддерживает эти потоки, генерируя заметные ускорения на масштабах в несколько гигапарсеков.
Именно в этом диапазоне, по мнению ученых, скрывается «решающий эксперимент». Последние обзоры радиогалактик и квазаров выявили дипольные анизотропии, масштаб которых превышает предсказания ΛCDM. Эти данные указывают на существование мощных коллективных потоков галактик, что остается серьезной проблемой для стандартной модели, но находит естественное объяснение в рамках модифицированной гравитации.
Дополнительным аргументом в пользу альтернативного подхода служат недавние результаты проекта DESI. Они касаются так называемого «напряжения S8» — расхождения между теоретически ожидаемой и фактически наблюдаемой амплитудой кластеризации материи. Модель MOG демонстрирует лучшую корреляцию с этими измерениями, не требуя при этом введения в научный оборот новых экзотических частиц.
Авторы подчеркивают, что их работа не является немедленным опровержением существования тёмной материи. Тем не менее, полученные результаты свидетельствуют: имеющийся массив данных пока не подтверждает, что она является физической субстанцией. Финал этого фундаментального спора будет зависеть от будущих высокоточных измерений крупномасштабной анизотропии Вселенной. Именно они должны прояснить, является ли тёмная материя реальной формой вещества или же она — лишь иллюзия, порожденная несовершенством нашего понимания законов гравитации.
Источник: iXBT
