Новые исследования гравитационных аномалий в космосе свидетельствуют о том, что действующая теория гравитации, основанная на классическом понимании теории относительности Эйнштейна, может быть неверной. Вместо этого ученые предлагают обратиться к другой концепции, известной как модифицированная ньютоновская динамика.
Исследование гравитационной динамики при низких ускорениях
Широкие двойные звезды как прямые исследователи природы гравитации при малых ускорениях, слабее 1 нанометра в секунду в квадрате, являются предметом горячих дискуссий. Природа гравитации при столь малых ускорениях чрезвычайно важна, поскольку с ней неразрывно связаны концепция темной материи, гравитационная динамика астрофизических систем, фундаментальные теории физики и космологии.
Например, отклонение от ньютоновского ожидания при таких низких ускорениях требовало бы модификации или расширения общей теории относительности Эйнштейна, несмотря на все ее успехи вне режима низких ускорений.
Два недавних независимых исследования под руководством Кю-Хюн Чаэ и Хавьера Эрнандеса утверждают, что статистические свойства широких двойных звезд на основе последней базы данных Gaia Европейского космического агентства отклоняются от ньютоновских ожиданий, что согласуется с прогнозами модифицированных теорий гравитации в рамках новой теоретической концепции, которая называется модифицированной ньютоновской динамикой (MOND, иногда ее еще называют милгромовской динамикой), введенной 40 лет назад Мордехаем (Моти) Милгром.
Нарушение ньютоновской гравитации при малых ускорениях означало бы научную революцию, полные последствия которой неизмеримо дальновидны. Учитывая эту важность и принимая во внимание другие противоречивые утверждения, Чаэ провел новый анализ, чтобы объяснить все вопросы, поднятые до сих пор, в частности, проблемы, связанные с конкретной гравитационной аномалией низких ускорений, полученной им самим.
Гравитационная аномалия
Чаэ рассмотрел полный спектр образцов, включая различные фракции иерархических систем, где двойная система имеет невидимую вложенную внутреннюю бинарную систему, и применил различные методы, охватывающие, по сути, все методы, опубликованные до сих пор, включая метод, используемый некоторыми исследователями, чтобы утверждать о гравитационной аномалии.
Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal 9 сентября 2024 года. «В какой-то степени это была моя обязанность перед научным сообществом — выполнить эту новую работу. Я должен был прояснить вопросы и вызовы, связанные с моим заявленным выводом, и объяснить причины разногласий в утверждениях других», — говорит Чаэ.
Ученый обнаружил, что все методы с разными образцами дают согласованные результаты. Величина гравитационной аномалии, впервые обнаруженной в прошлом году, кажется надежной.
Чаэ говорит: «Гравитационная аномалия отчетливо отражена в данных. Ее нельзя удалить. Для многих ученых остается загадкой, почему гравитация увеличивается примерно на 40%, когда внутреннее ускорение между орбитальной парой звезд слабее примерно 0,1 нанометра в секунду в квадрате. Однако наличие и степень гравитационной аномалии были фактически предсказаны MOND, или динамикой Милгрома».
Как и универсальный закон притяжения Ньютона и общая теория относительности Эйнштейна, MOND удовлетворяет принцип универсальности свободного падения (также известный как принцип слабой эквивалентности), который впервые предложил Галилео Галилей во время экспериментов на Пизанской башне.
Модифицированная ньютоновская динамика
Ньютон и Эйнштейн пошли еще дальше и приняли (безотчетно или сознательно) принцип сильной эквивалентности, согласно которому внутренняя динамика гравитационной системы, свободно падающая в почти постоянном внешнем поле, не зависит от внешнего поля. В противоположность этому MOND не постулирует принцип сильной эквивалентности и рассматривает теоретические возможности, свободные от него.
Таким образом, хотя ожидается, что широкие двойные, свободно падающие под внешним полем Млечного Пути, подчиняются законам Кеплера согласно теориям Ньютона и Эйнштейна, MOND предсказывает, что внутреннее движение широких двойных отклоняется от предсказания Ньютона — Эйнштейна на величину Млечного Пути, которая составляет около 0,2 нанометра в секунду в квадрате. Это примерно 40%, как показало новое исследование, согласующееся с предварительными результатами.
Обоснование новой теории
Хотя эти последовательные результаты впечатляют, нужны неограниченные воспроизведения и подтверждения, чтобы гравитационная аномалия стала подлинным научным фактом. Кроме того, гравитационная аномалия, о которой сообщается, должна быть постоянно лучше охарактеризована с тем, чтобы обеспечить полезные ограничения для теорий.
Для этого исследователи ищут новые данные и лучшие методологии. В частности, существующие результаты исследований были получены с использованием только спроектированных на небо поперечных скоростей звезд, поскольку компоненты скорости прямой видимости еще не были точно измерены. Исследователи, включая Чаэ, рассматривают возможность новых измерений скоростей звезд в пределах прямой видимости.
По материалам phys.org
