Загадкова поведінка зоряних скупчень спростовує закон всесвітнього тяжіння Ньютона — а з ним необхідність існування темної матерії

Деякі дії зоряних скупчень кидають виклик нашому нинішньому розумінню космічної гравітації та підтверджують альтернативну теорію гравітації, яка заперечує необхідність існування темної матерії.

Закон всесвітнього тяжінняЗакон всесвітнього тяжіння - фізичний закон, що описує гравітаційну взаємодію в рамках Ньютонівської механіки. Закон стверджує, що сила тяжіння між двома тілами (матеріальними точками) прямо пропорційна добутку їхніх мас, і обернено пропорційна квадрату відстані між ними як і раніше добре пояснює великомасштабну структуру і рухи Всесвіту, хоча і був витіснений загальною теорією відносності ЕйнштейнаЗагальна теорія відносності — теорія гравітації, опублікована Альбертом Ейнштейном в 1916 році. На відміну від нерелятивістської теорії гравітації Ньютона загальна теорія відносності придатна для опису гравітаційної взаємодії тіл, що рухаються зі швидкостями близькими до швидкості світла.. Однак нові спостереження міжнародної групи астрофізиків не відповідають жодній з цих моделей.

Дослідники вивчали розсіяні зоряні скупчення (у яких з великої хмари пилу і газу народжуються тисячі нових зірок) – вони мають відносно коротку тривалість життя, тому що зірки після народження пересуваються у хвости (один попереду і один позаду скупчення).

Згідно із законом тяжіння Ньютона, розподіл зірок у хвостах – справа випадку. Проте спостереження вчених спростували цю модель.

“У скупченнях, за якими ми спостерігали, передній хвіст завжди містив значно більше зірок, ніж задній”, – говорить доктор Ян Пфламм-Альтенбург, співавтор дослідження.

Раніше визначення приналежності зірок скупчення до одного з хвостів вважалося неможливим, проте вчені розробили спеціальний метод для цього – метод компактної точки сходження Джерабкової. Його застосували до даних про чотири розсіяні зоряні скупчення, зібрані, у тому числі за допомогою місії GaiaGaia (англ. Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) — космічний телескоп Європейського космічного агентства. Його головне завдання — скласти докладну карту розподілу зірок нашої Галактики.. Виявилося, що у всіх чотирьох об’єктах спостереження у передньому хвості перебувало значно більше зірок, ніж у задньому – що явно суперечило законам Ньютона.

Далі команда змоделювала рухи зірок у цих скупченнях відповідно до іншої гіпотези – модифікованої ньютонівської динаміки (MOND)Модифікована ньютонівська динаміка — фізична гіпотеза, альтернативна теорія гравітації, що пропонує зміну в законі тяжіння Ньютона, яка пояснює обертання галактик без залучення темної матерії.

“Згідно з MOND, зірки можуть залишити скупчення через два різні виходи: один веде до заднього хвоста, інший – до переднього. Однак перший вихід набагато вужчий за другий — тому ймовірність того, що через нього зірка залишить скупчення, менша. З іншого боку, теорія гравітації Ньютона передбачає, що обидва виходи мають бути з однаковою шириною”, – каже професор Павел Крупа, перший автор дослідження.

Також було виявлено, що зоряні скупчення у прилеглих галактиках розчиняються швидше, ніж передбачають закони Ньютона.

Найбільш важливий висновок цього дослідження може вразити нинішню астрофізику. Процеси, які відповідають MOND, заперечують необхідність існування темної матерії.

Ідея темної матерії була придумана в 1930-х роках для пояснення розбіжностей у русі зірок і галактик – вони, як було помічено, рухалися надто швидко для тієї маси, яку, ймовірно, містили. Саме темна матерія заповнює цю прогалину, додаючи величезну кількість невидимої маси. З того часу вчені шукають її, але десятиліття експериментів, спрямованих на виявлення частинок темної матерії, ні до чого не привели.

Фізики з Оксфорда заплутали атомні годинники та підвищили їх точність: якщо темна матерія існує – ми на крок ближче до її виявлення

З усім тим темна матерія є теорією, що переважає, тому що дуже добре пояснює багато особливостей Всесвіту, і є безліч інших свідчень, що вказують на її існування. Хоча були й інші дані спостережень, що підтверджують MOND – модифікована ньютонівська динаміка є другорядною гіпотезою, яка не отримала широкого визнання у науковій спільноті.

Астрофізики нині вивчають інші методи для створення більш точних симуляцій, які потім можна було б застосувати до інших астрономічних об’єктів, щоб знайти більше доказів за чи проти MOND.

Джерело: New Atlas