Cazibə qüvvəsi ən çox cisimləri Yerə çəkən qüvvə kimi tanınır, lakin onun rolu alma düşməsindən daha çox şeyə malikdir. Kainatda cazibə qüvvəsi qalaktikaların, qalaktika klasterlərinin və ən böyük kosmik strukturların necə əmələ gəldiyini və təkamül etdiyini təsir edən görünməz bir çərçivə kimi çıxış edir.

Lakin onilliklərdir ki, astronomlar görünən şeylərlə tam uyğun gəlməyən müşahidələrlə qarşılaşırlar. Bəzi ulduzlar və qalaktikalar görünən kütlələrinin izah edə biləcəyindən daha sürətli hərəkət edir. Bu sirr Pensilvaniya Universitetinin tədqiqatçısı Patrisio A. Qallardo kimi kosmoloqları İsaak Nyuton və Albert Eynşteyn tərəfindən müəyyən edilmiş cazibə qanunlarının kainatın hər yerində qüvvədə qalıb-qalmadığını araşdırmağa vadar edib.

Qallardo deyir: “Astrofizika kosmik kitabdakı böyük bir uyğunsuzluqdan əziyyət çəkir. Ulduzların qalaktikalar daxilində necə orbitə çıxdığına və ya qalaktikaların qalaktika qrupları daxilində necə hərəkət etdiyinə baxdıqda, bəzilərinin tərkibindəki görünən maddə miqdarına görə çox sürətlə hərəkət etdiyi görünür.”

Qaldoya görə, bu uyğunsuzluq iki fərqli ehtimala işarə edir. Kainatda əlavə cazibə qüvvəsi təmin edən çoxlu miqdarda görünməz “qaranlıq maddə” ola bilər və ya “cazibə qüvvəsinin fundamental tənlikləri dəyişdirilməlidir”.

Görünməmiş Kosmik Tərəzilərdə Cazibə Qüvvəsinin Testi

Gallardo və əməkdaşları, əsasən Mark Devlinin rəhbərlik etdiyi Penn tədqiqatçıları tərəfindən hazırlanmış təxminən üç-dörd mərtəbə hündürlüyündə olan Atacama Kosmologiya Teleskopunun (ACT) müşahidələrindən istifadə edərək cazibə qüvvəsini qeyri-adi dərəcədə böyük bir sınaqdan keçirdilər.

Komanda yüz milyonlarla işıq ili ilə ayrılmış qalaktika klasterləri arasında cazibə qüvvəsini araşdırdı və bu, indiyə qədər aparılan ən böyük miqyaslı cazibə qüvvəsi sınağını etdi.

“Physical Review Letters” jurnalında dərc olunan nəticələr göstərir ki, cazibə qüvvəsi məsafə ilə azalır, demək olar ki, Nyuton tənlikləri ilə proqnozlaşdırıldığı və sonradan Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə daxil edildiyi kimi.

Qallardo deyir ki, “17-ci əsrdə Nyuton tərəfindən təklif edilən və sonra Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsi ilə daxil edilən kvadratların tərs qanununun 21-ci əsrdə də öz yerini qoruması diqqətəlayiqdir”.

Bu tapıntı müasir kosmologiyanın təməllərindən birini dəstəkləyir. Qaldoya görə, mövcud cazibə nəzəriyyələrinin böyük məsafələrdə işləməyə davam etdiyini nümayiş etdirmək kosmologiyanın standart modelini gücləndirir. Bu, həmçinin cazibə qanunlarını dəyişdirərək qeyri-adi kosmik hərəkətləri izah etməyə çalışan Modifikasiya olunmuş Nyuton Dinamikası (MOND) da daxil olmaqla bir sıra alternativləri kəskin şəkildə məhdudlaşdırır.

Nyuton əvvəlcə Günəş Sistemindəki hərəkəti təsvir etmək üçün tərs kvadrat əlaqəni inkişaf etdirib. Prinsipə görə, cazibə qüvvəsi iki cismi ayıran məsafənin kvadratına uyğun olaraq azalır. Qallardo deyir ki, alimlər indi eyni əlaqəni “Nyutonun dövründə ağlasığmaz” olan kütlələr və məsafələrdən istifadə edərək sınaqdan keçiriblər.

Niyə Qalaktikalar Çox Sürətlə Hərəkət Edir

Kainatda 200 milyarddan çox qalaktika var və onların hərəkətləri uzun müddətdir ki, astronomlar üçün böyük bir tapmaca ilə qarşılaşır.

Sadə bir Nyuton təsvirinə əsasən, qalaktikanın mərkəzindən daha uzaqda fırlanan ulduzlar daha yavaş hərəkət etməlidirlər. Müşahidələr çox fərqli bir şey göstərir. Qalaktikaların xarici bölgələrindəki ulduzlar, görünən maddənin cazibə qüvvəsi ilə dəstəkləyə biləcəyindən daha sürətli hərəkət edirlər.

Oxşar problem qalaktika qruplarında da baş verir. Bütün qalaktikalar bu nəhəng strukturlardan yalnız müşahidə edilən kütlələri ilə izah edilə bilməyən sürətlə hərəkət edir.

“Əsas tapmaca budur”, Qallardo izah edir. “Ya cazibə qüvvəsi çox böyük miqyaslarda fərqli davranır, ya da kainatda birbaşa görə bilmədiyimiz əlavə maddə var.”

Qədim İşıq Cazibə Qüvvəsinin Testini Təmin Edir

Hansı izahatın dəlillərə daha uyğun olduğunu araşdırmaq üçün tədqiqatçılar kosmik mikrodalğalı fonun və ya CMB-nin ACT müşahidələrini təhlil etdilər. Bu qədim işıq Böyük Partlayışdan təxminən 380.000 il sonra yayılıb və o vaxtdan bəri kainatda səyahət edir.

CMB işığı nəhəng qalaktika klasterlərindən keçdikcə, həmin klasterlərin hərəkəti işığın kiçik dəyişikliklərinə səbəb olur. Astronomlar bu zəif işarələri aşkarlaya və onlardan klasterlərin hərəkətlərini öyrənmək üçün istifadə edə bilərlər.

Tədqiqatçılar, on milyonlarla işıq ili ilə ayrılmış yüz minlərlə qalaktika klasterləri üzərindəki bu təsirləri araşdıraraq, cazibə qüvvəsinin kainatın ən böyük strukturlarından bəzilərinə nə qədər güclü təsir etdiyini müəyyən edə bildilər.

Əgər MOND kimi modifikasiya olunmuş cazibə qüvvəsi modelləri düzgün izahat versəydi, ölçmələr məsafə ilə cazibə qüvvəsinin daha tədricən azaldığını göstərməli idi.

Komanda bunu aşkar etmədi. Bunun əvəzinə, ölçmələr, demək olar ki, Nyuton nəzəriyyəsi ilə Eynşteynin nəzəriyyəsinin üst-üstə düşdüyü bölgədə baş verdi.

Cazibə qüvvəsi proqnozlaşdırıldığı kimi hərəkət etdiyindən, cazibə qanununun dəyişdirilməsi bu müşahidələrlə aşkar edilən itkin kütləni izah etmir. Buna görə də nəticə görünməyən bir komponentin, yəni qaranlıq maddənin əlavə cazibə qüvvəsini təmin etdiyi iddiasını gücləndirir.

Qaranlıq Maddənin Sirri Qalır

Tapıntılar qaranlıq maddə üçün dəlillər əlavə etsə də, fizikada qalan ən böyük suallardan birinə cavab vermir: qaranlıq maddə əslində nədən ibarətdir.

Qallardo deyir: “Bu tədqiqat kainatın qaranlıq maddənin bir komponentini ehtiva etdiyinə dair dəlilləri gücləndirir. Amma biz hələ də həmin komponentin nədən ibarət olduğunu bilmirik.”

CMB-nin gələcək ölçmələri, qalaktikaların daha geniş tədqiqatları ilə birlikdə, astronomlara və fiziklərə cazibə qüvvəsini daha da dəqiqliklə sınaqdan keçirməyə imkan verməlidir.

“Bu qədər cavabsız suala baxmayaraq, cazibə qüvvəsi tədqiqatın ən maraqlı sahələrindən biri olaraq qalır. Bu, təbii olaraq cəlbedici bir sahədir”, – deyə Qallardo gülümsəyir.

Patrisio Qallardo Pensilvaniya Universitetinin İncəsənət və Elmlər Məktəbinin Astronomiya və Fizika şöbəsində tədqiqatçıdır.

Tədqiqatda müxtəlif ölkələrdə institusional əlaqələri təmsil edən 40-dan çox tədqiqatçı iştirak etmişdir. Bu tədqiqata töhfə verən fərdi tədqiqatçılara Çikaqo Universitetinin Kavli Kosmoloji Fizika İnstitutu, Simons Təqaüdçülər Cəmiyyəti, ABŞ Milli Elm Fondu (AST-2206088), NASA ROSES qrantı 12-EUCLID12-0004, Çilinin Milli Tədqiqat və Desarrollo Agentliyinin (ANID) Bazal layihəsi FB210003, Cənubi Afrika Milli Tədqiqat Fondu və Kanada Təbiət Elmləri və Mühəndislik Tədqiqat Şurası (NSERC) RGPIN-2023-05014 və DGECR-2023-00180 qrantları vasitəsilə müxtəlif təqaüdlər və milli maliyyələşdirmə agentlikləri tərəfindən dəstək verilmişdir. Əlavə dəstək Toronto Universitetinin İncəsənət və Elm Fakültəsinin Elm, Xristianlıq və Mədəniyyətlər üzrə Sutton Ailəsi Kafedrası tərəfindən təmin edilmişdir.

Atakama Kosmologiya Teleskopu (ACT) layihəsi əsasən ABŞ Milli Elm Fondu tərəfindən ACT layihəsi üçün AST-0408698, AST-0965625 və AST-1440226 mükafatları, eləcə də PHY-0355328, PHY-0855887 və PHY-1214379 mükafatları vasitəsilə dəstəklənir. Əlavə maliyyələşdirmə Prinston Universiteti, Pensilvaniya Universiteti və Britaniya Kolumbiyası Universitetinə Kanada İnnovasiya Fondu (CFI) mükafatı tərəfindən təmin edilmişdir. ACT multixromik detektorlarının və linzalarının hazırlanması NASA-nın NNX13AE56G və NNX14AB58G qrantları, Milli Standartlar və Texnologiya İnstitutunda (NIST) detektor tədqiqatları isə NIST Ölçmə Elmində İnnovasiyalar proqramı vasitəsilə dəstəklənib.