Являются ли законы гравитации Ньютона неверными: загадки наблюдения исследователей

Открытие не может быть объяснено классическими предположениями.

Международная группа астрофизиков сделала загадочное открытие при анализе некоторых звездных скоплений. Это открытие бросает вызов законам тяготения Ньютона, пишут исследователи в своей публикации. Вместо этого наблюдения согласуются с предсказаниями альтернативной теории гравитации. Однако это вызывает споры среди специалистов. Результаты опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. Большую роль в исследовании сыграл Боннский университет.

В своей работе исследователи исследовали так называемые рассеянные звездные скопления, несвязанные группы от нескольких десятков до нескольких сотен звезд, обнаруженные в спиральных и неправильных галактиках. Рассеянные скопления образуются, когда за короткий промежуток времени в массивном газовом облаке рождаются тысячи звезд. Когда он «загорается», пришельцы из галактики сдувают остатки газового облака. В процессе масса значительно увеличивается. Это создает рыхлое образование от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд. Масса удерживается вместе слабыми гравитационными силами, которые действуют между собой.

«В большинстве случаев рассеянные звездные скопления живут всего несколько сотен миллионов лет, прежде чем расплавятся», — объясняет профессор д-р Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца Боннского университета. При этом регулярно теряются звезды, которые накапливаются в так называемых «приливных хвостах». Один из этих хвостов тянется за блоком, когда он путешествует в пространстве. В свою очередь, другой берет на себя инициативу, как острие.

Проф. д-р Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца Боннского университета. Предоставлено: Фолькер Ланерт/Боннский университет.

«Согласно законам тяготения Ньютона, вопрос о том, какой из хвостов окажется у пропавшей звезды, зависит от случая», — объясняет д-р Ян Пвалам-Альтенберг из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца. «Значит, оба конца должны содержать примерно одинаковое количество звезд. Однако в нашей работе нам впервые удалось доказать, что это не так: в изученных нами группах передний хвост всегда содержит гораздо большее количество звезд. ближе к массе, чем задний хвост».

Разработан новый метод расчета звезд

Среди миллионов близких по массе звезд было почти невозможно определить, какие из них принадлежат их хвостам — до сих пор. «Для этого нужно смотреть на скорость и направление движения и возраст каждого из этих объектов», — объясняет доктор Тереза ​​Ярабкова. Соавтор исследования, получившая степень доктора философии в группе Крупа, недавно переехала из Европейское космическое агентство (ЕКА) для Европейской южной обсерватории в Гархинге. Она разработала метод, который позволил ей впервые точно сосчитать звезды в их хвостах. «На данный момент рядом с нами исследовано пять рассеянных скоплений, в том числе четыре нами», — говорит она. «Когда мы проанализировали все данные, мы столкнулись с противоречием с существующей теорией. Миссия Gaia Европейского космического агентства для этого незаменим».

В звездном скоплении Гиады (вверху) количество звезд (черные) в переднем приливном хвосте намного больше, чем в заднем. При компьютерном моделировании с помощью MOND (ниже) появляется аналогичная картина. Предоставлено: AG Kroupa / Uni Bonn

Напротив, данные наблюдений лучше согласуются с теорией для краткости. МОНД («Модифицированная ньютоновская динамика») среди экспертов. «Проще говоря, согласно MOND, звезды могут покинуть группу через две разные двери», — объясняет Крупа. «Один ведет к хвостовой приливной спине, другой — к фронту. Однако первый гораздо уже второго — так что маловероятно, что через него звезда уйдет от массы. С другой стороны, гравитационная теория Ньютона предсказывает, что оба двери должны быть одинаковой ширины».

Звездные скопления живут меньше, чем предсказывают законы Ньютона

Команда астрофизиков рассчитала ожидаемое звездное распределение по данным MOND. «Результаты удивительно согласуются с наблюдениями», — подчеркивает доктор Инго Тис, сыгравший ключевую роль в соответствующем моделировании. «Однако для этого нам пришлось прибегнуть к относительно простым вычислительным методам. В настоящее время нам не хватает математических инструментов для проведения более подробного анализа модифицированной ньютоновской динамики». Однако, с другой стороны, симуляции также совпали с наблюдениями: они предсказали, как долго должны оставаться нормально открытые звездные скопления. Этот период времени намного короче, чем ожидается по законам Ньютона. «Это объясняет давно известную тайну», — отмечает Крупа. «В частности, звездные скопления в ближайших галактиках исчезают быстрее, чем должны».

Тем не менее, теория MOND не бесспорна среди специалистов. Поскольку законы тяготения Ньютона не будут справедливы при определенных условиях, а должны быть изменены, это будет иметь далеко идущие последствия и для других областей физики. «Опять же, это решает многие проблемы, с которыми сегодня сталкивается космология», — объясняет Крупа, который также является членом Междисциплинарных областей исследований моделирования и материи в Боннском университете. Астрофизики сейчас изучают новые математические методы для более точного моделирования. Затем их можно использовать для поиска дополнительных доказательств того, верна ли теорема МОНД.

Ссылка: «Асимметричные приливные хвосты рассеянных звездных скоплений: звезды, пересекающие свои скопления, бросают вызов ньютоновской гравитации» Павла Карпы, Терезы Герабковой, Инго Тайса, Яна Пвалама Альтенберга, Бенуа Фами, Генри М.Дж. Боффина, Йорга Дабрингхаузена, Джакомо Беккари, Тимо Беккари, Кристиан Бойл, Хусейн Хаджи, Зувен Ву, Ярослав Хасс, Акрам Хосни Зунуцци, Гийом Томас, Ладислав Убер и посол Дж. Арсита, 26 октября 2022 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Помимо Боннского университета, в исследование были включены Карлов университет в Праге, Европейская южная обсерватория ([{» 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.