Pokret galaksijskih klastera u udaljenom svemiru pruža najveće testiranje zakona gravitacije do sada. Na udaljenostima koje se mere stotinama miliona svetlosnih godina, gravitacija se ponaša onako kako je predvideo Isak Njutn u svom univerzalnom zakonu gravitacije. Prema ovom zakonu, svaka čestica u svemiru deluje gravitacionom silom na druge čestice proporcionalno svojoj masi, a obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti između centara masa dve čestice.
Posmatranje ovog efekta u galaksijskim klasterima udaljenim milijardama svetlosnih godina jača naše trenutno razumevanje gravitacije, kao i slučaj za misteriozni teoretski izvor neobjašnjivog gravitacionog privlačenja poznat kao tamna materija. „Izvanredno je da zakon inverznih kvadrata – koji je Njutn predložio u 17. veku i zatim uključio u Ajnštajnovu teoriju opšte relativnosti – i dalje važi u 21. veku,“ kaže kozmolog Patricio Galjardo sa Univerziteta u Pensilvaniji.
Kada posmatramo svemir, pojavljuje se čudna neslaganja. Na osnovu popisa sve normalne, barionske materije – to su stvari od kojih je sve što možemo videti napravljeno, uključujući zvezde, galaksije, crne rupe, planete, prašinu, pa čak i nas – i našeg razumevanja kako se ta materija ponaša, stvari se ne kreću onako kako bi trebale. Galaksije se rotiraju prebrzo. Svetlost koja putuje kroz svemir prati gravitacionu krivinu prostora-vremena koja je previše izražena samo za barionsku masu.
Galaksijski klasteri koji bi trebali da se razdvoje, umesto toga, čvrsto su povezani. Sitni talasi u kosmičkoj mikrovalnoj pozadini imaju smisla samo ako je većina materije u svemiru nevidljiva. Postoje dva glavna objašnjenja za ova neslaganja. Jedno od njih je tamna materija – nešto što ne možemo direktno detektovati i što samo interaguje sa barionskim svemirom kroz gravitaciju.
Na osnovu merenja pomenutih fenomena, otprilike 85 procenata materije u svemiru je tamno. Drugo objašnjenje je da nešto nedostaje u našim definicijama gravitacije, koje je prvi put izneo Njutn, a zatim ih je usavršio Albert Ajnštajn. „To je centralna zagonetka,“ kaže Galjardo. „Ili gravitacija drugačije deluje na veoma velikim razmerama, ili svemir sadrži dodatnu materiju koju ne možemo direktno videti.“
Jedan od načina da se ispita ova pitanja je da se potraže novi dokazi o tamnoj materiji. Drugi je da se testira da li gravitacija deluje na način koji je u skladu sa zakonima fizike. Galjardo i njegovi saradnici izabrali su drugo, merenjem brzina udaljenih galaksijskih klastera u prostoru udaljenom od 5 do 7 milijardi svetlosnih godina. Ovaj uzorak sadrži oko 686.000 galaksija, od kojih su mnoge gravitaciono povezane i kreću se jedna prema drugoj.
Da bi izmerili brzine ovih klastera, istraživači su koristili nešto što se zove kinematički Sunajev-Zeldovičev efekat. Prva svetlost koja slobodno prolazi kroz svemir je svuda oko nas danas – to je kosmička mikrovalna pozadina, ili CMB. Na svom putu prema nama, svetlost iz CMB često prolazi kroz ogromne oblake vrućeg gasa koji okružuju galaksijske klastere.
