Новая работа предлагает радикальную мысль: возможно, тёмной материи как отдельной «субстанции» вообще нет, а эффект, который мы десятилетиями списывали на невидимые частицы, может объясняться тем, что гравитация ведёт себя иначе на очень больших расстояниях. Об этом пишет Space.com со ссылкой на текст физика Намана Кумара из Индийского технологического института, опубликованный на Phys.org.
Тёмная материя стала головной болью для космологов потому, что по стандартной картине она должна примерно в пять раз превосходить обычное вещество, но при этом остаётся невидимой: она не взаимодействует со светом и электромагнитным излучением. Всё, что у нас есть, это косвенные признаки через гравитацию. Самый известный аргумент: галактики вращаются так быстро, что одной только гравитации видимых звёзд и газа не хватило бы, чтобы удержать их от «разлёта». Второй важный кусок доказательств связан с гравитационным линзированием, когда свет далёких объектов искривляется массой галактик сильнее, чем можно объяснить одним лишь видимым веществом. Отсюда и рождается гипотеза о гигантских гало тёмной материи вокруг галактик.
Кумар предлагает не добавлять в физику новые частицы, а пересмотреть саму гравитацию на масштабах галактик. Он рассматривает её в терминах квантовой теории поля и использует так называемую «инфракрасную» схему, где эффективная сила взаимодействия может зависеть от масштаба. В привычной ньютоновской картине гравитация подчиняется закону обратных квадратов: чем дальше от источника, тем слабее притяжение, пропорционально 1/r². В его модели на больших расстояниях появляется отклонение, которое даёт более «дальнодействующее» поведение порядка 1/r. По словам автора, этого может хватить, чтобы получить наблюдаемые кривые вращения галактик без доминирующего вклада холодной тёмной материи.
При этом проблема тёмной материи завязана не только на вращение галактик. В стандартной космологии она участвует в объяснении того, как росли структуры во Вселенной и почему мы видим именно такую картину распределения галактик, а также помогает согласовывать наблюдения реликтового излучения. Кумар утверждает, что в его «инфракрасном» подходе поправки к гравитации нарастают медленно и становятся существенными лишь на поздних стадиях эволюции и на больших масштабах, поэтому ранняя Вселенная может оставаться совместимой с точными измерениями.
Дальше теории придётся пройти самый болезненный этап: сравнение с данными по гравитационному линзированию и динамике скоплений галактик, где вклад тёмной материи обычно считают ключевым. Сам Кумар подчёркивает, что его схема пока не заменяет стандартную модель космологии полностью, особенно в деталях формирования структур и линзирования, но предлагает путь, где «эффекты тёмной материи» могут оказаться проявлением скрытой сложности самой гравитации. Работа опубликована в журнале Physics Letters B.