V Le Verrierově podnětu vysvětlit záhadná pozorování zavedením dosud skrytého objektu vidí někteří současní vědci paralely s příběhem temné hmoty a temné energie. Po desetiletí si astronomové všímali, že chování galaxií a kup galaxií zdánlivě neodpovídá předpovědím obecné teorie relativity. Temná hmota je jedním ze způsobů, jak toto chování vysvětlit. Stejně tak si lze představit, že zrychlující se rozpínání vesmíru je poháněno temnou energií.
Všechny pokusy o přímou detekci temné hmoty a temné energie však selhaly. Tato skutečnost „tak trochu zanechává v ústech některých lidí špatnou chuť, téměř jako fiktivní planeta Vulkán,“ řekl Leo Stein, teoretický fyzik z Kalifornského technologického institutu. „Možná na to jdeme úplně špatně?“
Aby jakákoli alternativní teorie gravitace fungovala, musí se nejen obejít bez temné hmoty a temné energie, ale také reprodukovat předpovědi obecné teorie relativity ve všech standardních souvislostech. „S alternativními teoriemi gravitace je to složité,“ řekl Archibald. Některé rádoby náhrady obecné teorie relativity, jako je teorie strun a smyčková kvantová gravitace, nenabízejí testovatelné předpovědi. Jiné „dávají předpovědi, které jsou spektakulárně špatné, takže teoretici musí vymyslet nějaký stínicí mechanismus, aby skryli špatné předpovědi na škálách, které můžeme skutečně testovat,“ řekla.
Nejznámější alternativní teorie gravitace jsou známé jako modifikovaná newtonovská dynamika, běžně zkracovaná na MOND. Teorie typu MOND se snaží odstranit temnou hmotu úpravou naší definice gravitace. Astronomové již dlouho pozorují, že gravitační síla způsobená běžnou hmotou zřejmě nestačí k tomu, aby udržela rychle se pohybující hvězdy uvnitř jejich galaxií. Předpokládá se, že gravitační síla temné hmoty tento rozdíl vyrovnává. Podle MOND však existují jednoduše dva druhy gravitace. V oblastech, kde je gravitační síla silná, se tělesa řídí Newtonovým gravitačním zákonem, který říká, že gravitační síla mezi dvěma objekty klesá úměrně čtverci vzdálenosti, která je dělí. V prostředí s extrémně slabou gravitací – například ve vnějších částech galaxií – však podle MOND působí jiný typ gravitace. Tato gravitace klesá se vzdáleností pomaleji, což znamená, že tolik neslábne. „Jde o to, aby gravitace zesílila tam, kde by měla být slabší, například v okrajových částech galaxie,“ řekl Zumalacárregui.
Pak je tu TeVeS (tensor-vector-scalar), relativistický bratranec MOND. Zatímco MOND je modifikací newtonovské gravitace, TeVeS je pokusem převzít obecnou myšlenku MOND a vytvořit z ní plnohodnotnou matematickou teorii, kterou lze aplikovat na vesmír jako celek – nejen na relativně malé objekty, jako jsou sluneční soustavy a galaxie. Vysvětluje také rotační křivky galaxií tím, že gravitace je silnější na jejich okrajích. TeVeS to však dělá tak, že gravitaci rozšiřuje o „skalární“ a „vektorová“ pole, která „v podstatě zesilují gravitaci“, řekl Fabian Schmidt, kosmolog z Ústavu Maxe Plancka pro astrofyziku v německém Garchingu. Skalární pole je jako teplota v celé atmosféře: V každém bodě má číselnou hodnotu, ale nemá žádný směr. Naproti tomu vektorové pole je jako vítr:
Existují také takzvané galileonové teorie – součást třídy teorií nazývaných Horndeskiho a mimo-Horndeskiho – které se snaží zbavit temné energie. Tyto modifikace obecné teorie relativity rovněž zavádějí skalární pole. Těchto teorií existuje celá řada (Brans-Dickeho teorie, dilatonové teorie, chameleonové teorie a kvintesence jsou jen některé z nich) a jejich předpovědi se v jednotlivých modelech velmi liší. Všechny však mění rozpínání vesmíru a upravují gravitační sílu. Horndeskiho teorii poprvé předložil Gregory Horndeski v roce 1974, ale širší fyzikální komunita ji vzala na vědomí až kolem roku 2010. Do té doby, jak řekl Zumalacárregui, „Gregory Horndeski skončil s vědou a malířem v Novém Mexiku.“
Existují také samostatné teorie, například teorie fyzika Erika Verlindeho. Podle jeho teorie gravitační zákony vznikají přirozeně ze zákonů termodynamiky stejně jako „způsob, jakým vznikají vlny z molekul vody v oceánu,“ řekl Zumalacárregui. Verlinde v e-mailu napsal, že jeho myšlenky nejsou „alternativní teorií“ gravitace, ale „další teorií gravitace, která obsahuje a překonává Einsteinovu obecnou relativitu“. Své myšlenky však stále rozvíjí. „Mám dojem, že teorie ještě není dostatečně propracovaná, aby umožnila takové přesné testy, jaké provádíme my,“ řekl Archibald. Je postavena na „krásných slovech“, řekl Zumalacárregui, „ale chybí matematický rámec pro výpočet předpovědí a provádění solidních testů.“
Předpovědi jiných teorií se v něčem liší od předpovědí obecné relativity. Tyto rozdíly však mohou být nepatrné, a proto je neuvěřitelně obtížné je najít.
Připomeňme si splynutí neutronových hvězd. Ve stejnou dobu, kdy observatoř LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) zaznamenala gravitační vlny vycházející z této události, vesmírná družice Fermi zaznamenala ze stejného místa záblesk záření gama. Oba signály putovaly vesmírem 130 milionů let, než dorazily na Zemi s odstupem pouhých 1,7 sekundy.
Tato téměř souběžná pozorování „brutálně a nelítostně zavraždila“ teorie TeVeS, řekl Paulo Freire, astrofyzik z Max Planck Institute for Radio Astronomy v německém Bonnu. „Gravitace a gravitační vlny se šíří rychlostí světla, a to s extrémně vysokou přesností – což tyto teorie vůbec nepředpokládaly.“
Stejný osud stihl i některé Galileonovy teorie, které k vysvětlení zrychleného rozpínání vesmíru přidávají další skalární pole. Ty také předpovídají, že gravitační vlny se šíří pomaleji než světlo. I ty podle Schmidta splynutí neutronových hvězd zničilo.
Další omezení vyplývají z nových systémů pulsarů. V roce 2013 Archibaldová a její kolegové objevili neobvyklý trojitý systém: pulsar a bílý trpaslík, kteří obíhají jeden kolem druhého, přičemž kolem dvojice obíhá druhý bílý trpaslík. Tyto tři objekty existují v prostoru menším, než je oběžná dráha Země kolem Slunce. Podle Archibalda toto těsné prostředí nabízí ideální podmínky pro testování klíčového aspektu obecné teorie relativity zvaného princip silné ekvivalence, který říká, že velmi husté objekty se silnou gravitací, jako jsou neutronové hvězdy nebo černé díry, „padají“ stejným způsobem, jsou-li umístěny v gravitačním poli. (Na Zemi známější princip slabé ekvivalence říká, že pokud zanedbáme odpor vzduchu, budou pírko a cihla padat stejnou rychlostí)
.