Sunt greșite legile gravitației lui Newton? Observarea îi intrigă pe cercetători
Astrofizicienii au făcut o descoperire uluitoare în timp ce analizau anumite grupuri de stele. Descoperirea sfidează legile gravitației lui Newton. În schimb, observațiile sunt în concordanță cu predicțiile unei teorii alternative a gravitației. (Arta conceptului de gravitație ciudată.)
Constatarea nu poate fi explicată prin ipoteze convenționale.
O echipă internațională de astrofizicieni a făcut o descoperire uluitoare în timp ce analiza anumite grupuri de stele. Descoperirea sfidează legile gravitației lui Newton, scriu cercetătorii în publicația lor. În schimb, observațiile sunt în concordanță cu predicțiile unei teorii alternative a gravitației. Cu toate acestea, acest lucru este controversat în rândul experților. Rezultatele au fost publicate în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Universitatea din Bonn a jucat un rol major în studiu.
În munca lor, cercetătorii au studiat așa-numitele grupuri de stele deschise, care sunt grupuri de câteva zeci până la câteva sute de stele găsite în galaxii spiralate și neregulate. Ciorchinii deschisi se formează atunci când mii de stele se nasc într-un timp scurt într-un nor imens de gaz. Prin „aprindere”, noii veniți galactici iau rămășițele norului de gaze. În acest proces, clusterul crește semnificativ. Acest lucru creează o formațiune liberă de câteva zeci până la câteva mii de stele. Clusterul este ținut împreună de forțele gravitaționale slabe care acționează între ele.
„În majoritatea cazurilor, grupurile de stele deschise supraviețuiesc doar câteva sute de milioane de ani înainte de a se dizolva”, spune profesorul Pavel Kroupa de la Institutul Helmholtz pentru Fizica Nucleară și Radiațiilor de la Universitatea Good. În acest proces, ei pierd în mod regulat stele, care se acumulează în două așa-numite „cozi de maree”. Una dintre aceste cozi este trasă în spatele clusterului în timp ce călătorește prin spațiu. Pe de altă parte, celălalt preia conducerea ca un vârf de lance.
Profesor. Dr. Pavel Kroupa de la Institutul Helmholtz de Radiații și Fizică Nucleară de la Universitatea din Bonn. Credit: Volker Lannert / Universitatea din Bonn
„Conform legilor gravitației lui Newton, este o chestiune de noroc în care cozile o stea pierdută ajunge”, spune dr. Jan Pflamm-Altenburg de la Institutul Helmholtz pentru Radiații și Fizică Nucleară. „Astfel, ambele cozi ar trebui să conțină aproximativ același număr de stele. Cu toate acestea, în munca noastră, am putut demonstra pentru prima dată că acest lucru nu este adevărat: în clusterele pe care le-am studiat, frontul cozii conține întotdeauna mult mai multe stele apropiate. la grup decât coada din spate.
Nouă metodă dezvoltată pentru a număra stelele
Dintre milioanele de stele din apropierea unui cluster, era aproape imposibil să se determine care aparținea cozilor sale, până acum. „Pentru a face acest lucru, trebuie să te uiți la viteza, direcția mișcării și vârsta fiecăruia dintre aceste obiecte”, spune dr. Tereza Jerabkova. Coautoarea articolului, care și-a făcut doctoratul în grupul lui Kroupa, a părăsit recent Agenția Spațială Europeană (ESA) la Observatorul European de Sud din Garching. Ea a dezvoltat o metodă care i-a permis pentru prima dată să numere cu precizie stelele din cozi. „Până acum, cinci clustere deschise au fost studiate în apropierea noastră, patru dintre ele de către noi”, spune ea. „Când am analizat toate datele, am întâlnit contradicția cu teoria actuală. Datele sondajului foarte precise ale Misiunea spațială Gaia a ESA au fost esențiale pentru aceasta.
În grupul de stele „Hyades” (sus), numărul de stele (negre) din coada mareei din față este semnificativ mai mare decât cele din spate. În simularea pe computer cu MOND (mai jos), apare o imagine similară. Credit: AG Kroupa/Uni Bonn
Datele observaționale, pe de altă parte, se potrivesc mult mai bine cu o teorie care se numește acronim LUME („Dinamica newtoniană modificată”) printre experți. „În termeni simpli, conform MOND, stelele pot părăsi un cluster prin două porți diferite”, explică Kroupa. „Unul duce la coada mareei din spate, celălalt în față. Cu toate acestea, prima este mult mai îngustă decât a doua – așa că este mai puțin probabil ca o stea să părăsească clusterul prin ea. Teoria gravitației a lui Newton, pe de altă parte, prezice că ambele uși ar trebui să aibă aceeași lățime.
Grupurile de stele au durate de viață mai scurte decât prevăd legile lui Newton
Echipa de astrofizicieni a calculat distribuția stelar așteptată conform MOND. „Rezultatele sunt în acord surprinzător de bine cu observațiile”, subliniază dr. Ingo Thies, care a jucat un rol cheie în simulările corespunzătoare. „Cu toate acestea, a trebuit să recurgem la metode de calcul relativ simple pentru a face acest lucru. În prezent, ne lipsesc instrumentele matematice pentru analize mai detaliate ale dinamicii newtoniene modificate. Cu toate acestea, simulările au coincis și cu observațiile din alt punct de vedere: au prezis cât timp ar trebui să supraviețuiască, în general, grupurile de stele deschise. Și acest interval de timp este semnificativ mai scurt decât ceea ce ne-am aștepta conform legilor lui Newton. „Aceasta explică un mister cunoscut de mult timp”, subliniază Kroupa. „Și anume, grupurile de stele din galaxiile din apropiere par să dispară mai repede decât ar trebui”.
Cu toate acestea, teoria MOND nu este de necontestat în rândul experților. Deoarece legile gravitației lui Newton nu ar fi valabile în anumite circumstanțe, dar ar trebui modificate, acest lucru ar avea și consecințe de amploare pentru alte domenii ale fizicii. „Din nou, acest lucru rezolvă multe dintre problemele cu care se confruntă cosmologia astăzi”, spune Kroupa, care este, de asemenea, membru al domeniilor de cercetare transdisciplinare „Modelare” și „Materie” de la Universitatea din Bonn. Astrofizicienii explorează acum noi metode matematice pentru simulări și mai precise. Acestea ar putea fi apoi folosite pentru a găsi dovezi suplimentare cu privire la faptul dacă teoria MOND este corectă sau nu.
Referință: „Cozi de maree asimetrice ale clusterelor de stele deschise: stelele care traversează clusterul prah provoacă gravitația newtoniană” de Pavel Kroupa, Tereza Jerabkova, Ingo Thies, Jan Pflamm-Altenburg, Benoit Famaey, Henri MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Prusti , Christian Boily, Hosein Haghi, Xufen Wu, Jaroslav Haas, Akram Hasani Zonoozi, Guillaume Thomas, Ladislav Šubr și Sverre J Aarseth, 26 octombrie 2022, Notificări lunare ale Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563
Pe lângă Universitatea din Bonn, studiul a implicat Universitatea Charles din Praga, Observatorul European de Sud ([{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.
The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.