Нові дослідження гравітаційних аномалій у космосі свідчать про те, що чинна теорія гравітації, заснована на класичному розумінні теорії відносності Ейнштейна, може бути оманливою. Замість цього науковці пропонують звернутися до іншої концепції, відомої як модифікована ньютонівська динаміка.
Дослідження гравітаційної динаміки за низьких прискорень
Широкі подвійні зорі як прямі дослідники природи гравітації за малих прискорень, слабших за 1 нанометр на секунду в квадраті, є предметом гарячих дискусій. Природа гравітації за таких малих прискорень надзвичайно важлива, оскільки з нею нерозривно пов’язані концепція темної матерії, гравітаційна динаміка астрофізичних систем, фундаментальні теорії фізики й космології.
Наприклад, відхилення від ньютонівського очікування за таких низьких прискорень вимагало б модифікації або розширення загальної теорії відносності Ейнштейна, незважаючи на всі її успіхи поза режимом низьких прискорень.
Два нещодавні незалежні дослідження під керівництвом Кю-Хюн Чае та Хав’єра Ернандеса стверджують, що статистичні властивості широких подвійних зір на основі останньої бази даних Gaia Європейської космічної агенції відхиляються від ньютонівських очікувань, що узгоджується з прогнозами модифікованих теорій гравітації у межах нової теоретичної концепції, яка називається модифікованою ньютонівською динамікою (MOND, іноді її ще називають мілгромівською динамікою), запровадженої 40 років тому Мордехаєм (Моті) Мілгром.
Порушення ньютонівської гравітації за малих прискорень означало б наукову революцію, повні наслідки якої незмірно далекосяжні. Зважаючи на цю важливість і беручи до уваги інші суперечливі твердження, Чае провів новий аналіз, щоб пояснити всі питання, порушені до цього часу, зокрема, проблеми, пов’язані з конкретною гравітаційною аномалією низьких прискорень, отриманою ним самим.
Гравітаційна аномалія
Чае розглянув повний спектр зразків, включаючи різні фракції ієрархічних систем, де подвійна система має невидиму вкладену внутрішню бінарну систему, і застосував різні методи, які охоплюють, по суті, всі методи, опубліковані до цього часу, включаючи й той, який використовується деякими дослідниками, щоб стверджувати про гравітаційну аномалію.
Дослідження було опубліковане в The Astrophysical Journal 9 вересня 2024 року. «Певною мірою це був мій обов’язок перед науковою спільнотою — виконати цю нову роботу. Я мав прояснити питання і виклики, пов’язані з моїм заявленим висновком, і пояснити причини розбіжностей у твердженнях інших», — говорить Чае.
Науковець виявив, що всі методи з різними зразками дають узгоджені результати. Величина гравітаційної аномалії, вперше виявленої минулого року, видається надійною.
Чае каже: «Гравітаційна аномалія чітко відображена в даних. Її не можна видалити. Для багатьох вчених залишається загадкою, чому гравітація збільшується приблизно на 40%, коли внутрішнє прискорення між орбітальною парою зірок слабше, ніж приблизно 0,1 нанометра в секунду в квадраті. Однак наявність і ступінь гравітаційної аномалії були фактично передбачені MOND, або динамікою Мілгрома».
Як і універсальний закон тяжіння Ньютона та загальна теорія відносності Ейнштейна, MOND задовольняє універсальність вільного падіння (також відомий як принцип слабкої еквівалентності), що вперше запропонував Галілео Галілей під час експериментів на Пізанській вежі.
Модифікована ньютонівська динаміка
Ньютон і Ейнштейн пішли ще далі й прийняли (несвідомо чи свідомо) принцип сильної еквівалентності, згідно з яким внутрішня динаміка гравітаційної системи, що вільно падає в майже постійному зовнішньому полі, не залежить від зовнішнього поля. На противагу цьому MOND не постулює принципу сильної еквівалентності й розглядає теоретичні можливості, вільні від нього.
Таким чином, хоча очікується, що широкі подвійні, які вільно падають під зовнішнім полем Чумацького Шляху, підкоряються законам Кеплера згідно з теоріями Ньютона і Ейнштейна, MOND пророкує, що внутрішній рух широких подвійних відхиляється від передбачення Ньютона — Ейнштейна на величину, продиктовану силою зовнішнього поля Чумацького Шляху, яка становить близько 0,2 нанометра в секунду в квадраті. Це приблизно 40%, як показало нове дослідження, що узгоджується з попередніми результатами.
Обґрунтування нової теорії
Хоча ці послідовні результати вражають, потрібні необмежені відтворення і підтвердження, щоб гравітаційна аномалія стала справжнім науковим фактом. Крім того, гравітаційна аномалія, про яку повідомляється, повинна бути постійно краще охарактеризована, щоб забезпечити корисні обмеження для теорій.
Для цього дослідники шукають нові дані й кращі методології. Зокрема, результати досліджень були отримані з використанням лише спроєктованих на небо поперечних швидкостей зір, оскільки компоненти швидкості прямої видимості ще не були точно виміряні. Дослідники, включно з Чае, розглядають можливість нових вимірювань швидкостей зір у межах прямої видимості.
За матеріалами phys.org
