Valóban létezik a sötét anyag? Lehet, hogy a gravitáció viselkedik szokatlanul

Évtizedek óta a modern kozmológia egyik alappillére a sötét anyag létezése. A számítások szerint az univerzumban nagyjából ötször annyi sötét anyag van, mint „hétköznapi”, látható anyag – csakhogy ezt a titokzatos összetevőt mindeddig közvetlenül nem sikerült kimutatni. Egy friss elméleti kutatás azonban azt állítja: elképzelhető, hogy a sötét anyag valójában nem is létezik, és a megfigyelt jelenségeket a gravitáció szokatlan viselkedése magyarázza.

A Phys.org oldalon ismertetett tanulmány szerzője, Naman Kumar, az indiai Indian Institute of Technology kutatója szerint nem feltétlenül új részecskék bevezetésére van szükség ahhoz, hogy megértsük a galaxisok mozgását. Ehelyett azt veti fel, hogy a gravitáció nagy léptékeken – galaktikus és kozmikus távolságokon – másképp működhet, mint ahogyan azt a jelenlegi elméletek feltételezik.

A sötét anyag létezésére azért következtetnek a csillagászok, mert a galaxisok olyan gyorsan forognak, hogy a látható csillagok és gáz gravitációja önmagában nem lenne elegendő ahhoz, hogy egyben tartsa őket. Hasonló ellentmondás jelenik meg a gravitációs lencsézés jelenségénél is: a nagy tömegű objektumok elgörbítik a fény útját, ám a mért elhajlás sok esetben jóval nagyobb annál, mint amit a látható anyag tömege indokolna. Ezt eddig kiterjedt, láthatatlan sötétanyag-halókkal magyarázták.

Kumar szerint azonban mindez abból is adódhat, hogy a gravitáció törvényei nem teljesen pontosak nagy távolságokon. Kutatásában a gravitációt kvantumtérelméleti megközelítésben vizsgálta, egy úgynevezett „infravörös futás” (infrared running) elnevezésű elméleti keretben. Ennek lényege, hogy a gravitáció erőssége – a jól ismert Newton-féle gravitációs állandó – a különböző léptékeken kissé eltérően viselkedhet.

A klasszikus fizika szerint a gravitáció az úgynevezett inverz négyzetes törvényt követi: az erő a távolság négyzetével fordítottan arányos, vagyis kétszer akkora távolságon négyszer gyengébb. Kumar számításai alapján azonban nagy léptékeken ettől eltérő, lassabban gyengülő – úgynevezett 1/r jellegű – hatás jelenhet meg. Ez éppen olyan forgási sebességeket eredményezhet a galaxisokban, amelyeket eddig a sötét anyag jelenlétével magyaráztak.

A kérdés azért különösen érzékeny, mert a jelenlegi kozmológiai modell szerint az univerzum anyagának mintegy 85 százaléka sötét anyag. Ennek eltávolítása alapjaiban írná át a világegyetem fejlődéséről alkotott képünket. A kutató hangsúlyozza: elmélete csak akkor lehet életképes, ha a korai világegyetemre vonatkozó rendkívül pontos mérésekkel – például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzással – is összhangban marad. Modellje szerint a gravitáció eltérései csak nagyon lassan erősödnek fel, így a korai korszakokban még elhanyagolhatók, és csak később, nagy léptékeken válnak jelentőssé.

A következő lépés annak vizsgálata lesz, hogy az új gravitációs modell mennyire képes pontosan leírni a gravitációs lencsézés megfigyeléseit és a galaxishalmazok kialakulását – vagyis azokat a jelenségeket, amelyeket jelenleg a sötét anyag egyik legerősebb bizonyítékának tartanak.

Kumar ugyanakkor maga is elismeri: elmélete egyelőre nem váltja ki teljes egészében a sötét anyagot a kozmológia standard modelljéből. A kutatás inkább arra világít rá, hogy a sötét anyag hatásainak hátterében akár a gravitáció eddig rejtett, skálafüggő tulajdonságai is állhatnak – és érdemes újragondolni, valójában honnan erednek a világegyetem egyik legnagyobb rejtélyének tartott jelenségek.