Sú Newtonove zákony gravitácie nesprávne: Výskumníci zaoberajúci sa pozorovaním

Objav sa nedá vysvetliť klasickými predpokladmi.

Medzinárodný tím astrofyzikov urobil pri analýze niektorých hviezdokopov prekvapivý objav. Tento objav spochybňuje Newtonove gravitačné zákony, píšu vedci vo svojej publikácii. Namiesto toho sú pozorovania v súlade s predpoveďami alternatívnej teórie gravitácie. To je však medzi odborníkmi kontroverzné. Výsledky boli teraz zverejnené v mesačníku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Veľkú úlohu v štúdii zohrala Univerzita v Bonne.

Vedci vo svojej práci skúmali takzvané otvorené hviezdokopy, čo sú voľne viazané zhluky niekoľkých desiatok až niekoľkých stoviek hviezd nachádzajúcich sa v špirálových a nepravidelných galaxiách. Otvorené hviezdokopy vznikajú, keď sa v obrovskom oblaku plynu zrodia tisíce hviezd v krátkom časovom období. Keď sa „zapália“, galaktickí nováčikovia odfúknu zvyšky oblaku plynu. V tomto procese sa klaster veľmi rozširuje. Tvorí voľný útvar niekoľkých desiatok až niekoľko tisíc hviezd. Zhluk je držaný pohromade slabými gravitačnými silami, ktoré medzi nimi pôsobia.

Profesor Helmholtzovho inštitútu radiácie a jadrovej fyziky na Univerzite v Bonne. Doktor. „Vo väčšine prípadov otvorené hviezdokopy prežívajú len niekoľko stoviek miliónov rokov, kým sa rozpustia,“ vysvetľuje Pavel Krupa. Pri tom pravidelne strácajú hviezdy, ktoré sa hromadia v dvoch takzvaných „slapových chvostoch“. Jeden z týchto chvostov je nakreslený za zhlukom, keď cestuje vesmírom. Oproti tomu druhý vedie ako oštep.

Profesor Helmholtzovho inštitútu radiácie a jadrovej fyziky na Univerzite v Bonne. Doktor. Pavel Krupa. kredit: Volker Lennart / Univerzita v Bonne

„Podľa Newtonových gravitačných zákonov je to vec náhody, na ktorom chvoste stratená hviezda skončí,“ povedal Dr. Jan Pflem-Altenburg vysvetľuje. „Takže v oboch chvostoch by mal byť zhruba rovnaký počet hviezd. V našej práci sme však prvýkrát dokázali, že to nie je pravda: v skupinách, ktoré sme skúmali, mal predný chvost vždy zadný chvost. V blízkosti hviezdokopy je podstatne viac hviezd.

Vyvinul sa nový spôsob počítania hviezd

Z miliónov hviezd v blízkosti hviezdokopy bolo doteraz takmer nemožné určiť hviezdy patriace k jej chvostu. „Aby ste to urobili, musíte sa pozrieť na rýchlosť, smer pohybu a vek každého z týchto objektov,“ vysvetľuje doktorka Tereza Jeřábková. Spoluautor príspevku, ktorý získal doktorát v Krupovej skupine, sa nedávno presťahoval Európska vesmírna agentúra (ESA) V Európskom južnom observatóriu v Garchingu. Vyvinul metódu, ktorá mu umožnila prvýkrát presne vypočítať struny v chvoste. „Doteraz sme preskúmali päť otvorených zhlukov, vrátane štyroch od nás,“ hovorí. „Keď sme analyzovali všetky údaje, narazili sme na rozpor so súčasnou teóriou. Veľmi presné údaje z prieskumu Vesmírna misia ESA Gaia Bolo to nevyhnutné.“

V hviezdokope „Hyde“ (hore) je počet hviezd (čierne) v prednom prílivovom chvoste oveľa väčší ako vzadu. Podobný obraz sa objavuje v počítačových simuláciách s MOND (nižšie). kredit: AG Krupa / Uni Bon

Na rozdiel od toho pozorovacie údaje oveľa lepšie zodpovedajú teórii, ktorá sa používa pod skratkou mondo („Revidovaná Newtonova dynamika“) medzi odborníkmi. „Jednoducho povedané, podľa MOND môžu hviezdy opustiť zhluk dvoma rôznymi dverami,“ vysvetľuje Krupa. „Jeden vedie k zadnému prílivovému chvostu, druhý k prednému. Prvá je však oveľa užšia ako druhá – takže je menej pravdepodobné, že hviezda cez ňu opustí hviezdokopu. Na druhej strane, Newtonov gravitačný zákon predpovedá, že šírka dvoch dverí by mala byť rovnaká.“

Hviezdokopy majú kratšiu životnosť, ako predpovedajú Newtonove zákony

Tím astrofyzikov vypočítal očakávané rozloženie hviezd podľa MOND. „Výsledky sa prekvapivo dobre zhodujú s pozorovaniami,“ povedal Dr. Najvýznamnejšie momenty vyzdvihol Ingo Theis, ktorý zohral kľúčovú úlohu v príslušných simuláciách. „Na to sme sa však museli uchýliť k relatívne jednoduchým výpočtovým metódam. V súčasnosti nám chýbajú matematické nástroje na podrobnejšiu analýzu modifikovanej newtonovskej dynamiky.“ Napriek tomu sa simulácie zhodovali s pozorovaniami aj v inom ohľade: predpovedali, ako dlho by mala otvorená hviezdokopa prežiť. A toto časové obdobie je oveľa kratšie, ako sa očakávalo podľa Newtonových zákonov. „To vysvetľuje záhadu, ktorá je známa už dlho,“ vysvetľuje Krupa. „To znamená, že hviezdokopy v blízkych galaxiách miznú oveľa rýchlejšie ako v skutočnosti.“

Teória MOND však nie je medzi odborníkmi nepopierateľná. Keďže Newtonove gravitačné zákony by za istých okolností neplatili, ale museli by sa upraviť, malo by to ďalekosiahle dôsledky aj pre iné oblasti fyziky. „Potom to opäť rieši mnohé problémy, ktorým kozmológia čelí,“ vysvetľuje Krupa, člen transdisciplinárnej výskumnej oblasti „Modelovanie“ a „Hmota“ na Univerzite v Bonne. Astrofyzici teraz skúmajú nové matematické metódy pre ešte presnejšie simulácie. Môžu sa potom použiť na nájdenie ďalších dôkazov o tom, či je teória MOND správna.

Odkaz: „Anomálne prílivové chvosty otvorených hviezdnych klastrov: Preahská výzva ich klastra prekonáva Newtonovskú gravitáciu od Pavla Krupu, Terezy Jerábkovej, Ingo Theisa, Jana Pflum-Altenburga, Benot Famme, Henriho MJ Boffina, Jörga Dabringhausena, Giacoma Beccariho“ . , Christian Boilly, Hossein Haaghi, Zufen Wu, Jaroslav Haas, Akram Hasani Zonuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Zubr a Sverre J Arseth, 26. októbra 2022, Mesačné oznámenie Kráľovskej astronomickej spoločnosti,
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Okrem univerzity v Bonne študuje Univerzita Karlova v Prahe, Európske južné observatórium ([{“ 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.