إذا أخذت كرتين ثقيلتين وباعدت بينهما مسافة متر واحد، فسوف تتجاذبان بقوة تضعف أربع مرات عند مضاعفة المسافة. هذا القانون اكتشفه نيوتن، وهو يعمل في الغرفة، وفي النظام الشمسي، وفي المجرة. لكن هل يظل صحيحًا عندما يتعلق الأمر بمئات الملايين من السنوات الضوئية؟
وجد علماء الفلك طريقة لاختبار ذلك مباشرة. أخذوا خرائط الإشعاع الخلفي الكوني — وهو توهج خافت متبقٍ من الانفجار العظيم — وطابقوها مع فهرس المجرات. عندما يمر ضوء هذا الإشعاع عبر سحابة من الغاز الساخن حول تجمع مجري ضخم، تتغير طاقته قليلاً. هذا الانزياح، المسمى بتأثير سونيايف-زيلدوفيتش الحركي (kinematic Sunyaev-Zeldovich effect)، يكشف السرعة التي يتحرك بها التجمع.
بمقارنة سرعات آلاف الأزواج من التجمعات على مسافات مختلفة، حسب العلماء كيف تعتمد قوة التجاذب على المسافة. وتبين أنها تتناقص بمعدل 1/r² ضمن هامش الخطأ. هذا يتوافق مع النسبية العامة ومع النموذج القياسي لعلم الكون.
وهكذا اجتاز قانون نيوتن الاختبار على أكبر المساطر المتاحة. الآن لدى علماء الكون أداة جديدة للبحث عن انحرافات عن الجاذبية المألوفة — إذا كانت موجودة أصلًا.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2604.14327
The mean pairwise velocity of massive halos reflects the gravitational force law on cosmic scales. We combine cosmic microwave background intensity maps from the Atacama Cosmology Telescope and a galaxy catalog from the Sloan Digital Sky Survey to estimate the mean pairwise velocity using the kinematic Sunyaev-Zeldovich (kSZ) effect. On scales from 30 -- 230 megaparsecs, we constrain the gravitational acceleration between pairs of halos at separation $$r$$ to be $$g\propto 1/r^n$$ with $$n=2.1\pm 0.3$$, which is consistent with Newtonian gravity in an expanding spacetime (\textit{i.e.}, the standard $$\Lambda$$CDM model). This constraint shows agreement with an inverse quadratic radial dependence over the large distances separating galaxy halos, as expected in standard cosmology. Upcoming surveys have the potential to rule out $$n = 1$$ at $$10\sigma$$ significance. Our results establish the kSZ effect as a powerful tool for testing gravity on cosmological scales.
تأثير سونيايف-زيلدوفيتش سُمي تيمنًا بفيزيائيين سوفيتيين تنبآ به في سبعينيات القرن العشرين. اليوم يُستخدم للعثور على تجمعات المجرات في جميع أنحاء السماء.