Štúdia orbitálnych pohybov širokých dvojhviezd odhalila dôkazy, že skalárna gravitácia kolabuje pri malom zrýchlení. Objav je v súlade s upravenou teóriou nazvanou MOND a spochybňuje súčasné predstavy o temnej hmote. Dôsledky pre astrofyziku, fyziku a kozmológiu sú hlboké a odborníci v tejto oblasti uznali tieto zistenia za dôležitý objav.

Nová štúdia uvádza presvedčivé dôkazy o rekordnom gravitačnom kolapse pri dolnom limite zrýchlenia, ktorý je výsledkom overiteľnej analýzy orbitálnych pohybov dlhých dvojhviezd s veľkým odstupom. Tieto hviezdy sa v astronómii a astrofyzike bežne označujú ako široké dvojhviezdy. Štúdiu vykonal Kyu-Hyun Chae, profesor fyziky a astronómie na univerzite Sejong v Soule, a použila až 26 500 širokých dvojhviezd v okruhu 650 svetelných rokov (LY), ktoré zaznamenal vesmírny teleskop Gaia Európskej vesmírnej agentúry.

metodiky

Pre výrazné zlepšenie oproti inému výskumu sa Chaiova štúdia zamerala na výpočet gravitačných zrýchlení, ktoré zažívajú dvojhviezdy ako funkciu ich separácie alebo ekvivalentnej obežnej doby. Toto bolo dosiahnuté Monte Carlo projekciou pozorovaných pohybov projekcie oblohy do trojrozmerného priestoru.

Zhai vysvetľuje: „Od začiatku sa mi zdalo jasné, že gravitáciu možno zažiť priamo a efektívne výpočtom zrýchlenia, pretože samotné gravitačné pole je zrýchlením. K tejto myšlienke ma priviedli moje nedávne výskumné skúsenosti s krivkami galaktickej rotácie. Galaktické disky a široké dvojhviezdy majú určité podobnosti na svojich dráhach.“ , hoci široké dvojhviezdy sledujú veľmi dlhé dráhy, zatiaľ čo molekuly vodíkového plynu v galaktickom disku majú takmer kruhové dráhy.“

Okrem toho Chae na rozdiel od iných štúdií kalibroval mieru výskytu skrytých rušivých vnútorných diód pri štandardnom zrýchlení.

Vľavo: dvojhviezdny systém s prekrývajúcou sa vnútornou dvojhviezdou (Credit: Wikipedia). Vpravo: Gravitačná anomália pri nízkom zrýchlení pozorovaná v 20 000 širokých dvojhviezdach. Poďakovanie: Kyu-Hyun Chae

nález

Štúdia odhalila, že keď dve hviezdy obiehajú okolo seba so zrýchlením menším ako asi jeden nanometer za sekundu na druhú, začnú sa odchyľovať od predpovedí Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie a Einsteinovej všeobecnej relativity. Pre zrýchlenia pod približne 0,1 nanometra za sekundu na druhú je pozorované zrýchlenie asi o 30 až 40 percent vyššie ako predikcia Newtona-Einsteina. Význam je významný a spĺňa tradičné kritériá 5 sigma pre vedecký objav. Vo vzorke 20 000 širokých diód v rámci limitu vzdialenosti 650 LY vykazujú dva nezávislé napätia urýchľovača odchýlky väčšie ako 5 sigma v rovnakom smere.

Pretože pozorované zrýchlenie silnejšie ako asi 10 nanometrov za sekundu na druhú dobre súhlasí s Newton-Einsteinovou predpoveďou z rovnakej analýzy, pozorované zvýšenie zrýchlenia pri nižších zrýchleniach je hádankou. Je zaujímavé, že tento kolaps Newton-Einsteinovej teórie pri najslabšom zrýchlení navrhol pred 40 rokmi teoretický fyzik Mordehai Milgrom z Weizmannovho inštitútu v Izraeli v novom teoretickom rámci nazvanom Modified Newtonian Dynamics (MOND) alebo v súčasnom používaní Milgromova dynamika.

Spojenie MOND

Faktor zosilnenia okolo 1,4 bol správne predpovedaný Lagrangovou teóriou gravitácie typu MOND nazývanou AQUAL, ktorú navrhli Milgrom a zosnulý fyzik Jacob Bekenstein. Pozoruhodné je, že správny faktor vystuženia vyžaduje vplyv vonkajšieho poľa od mliečna dráha Galaxia, jedinečná predpoveď gravitácie upravená MOND. Rozsiahle binárne dáta teda naznačujú nielen zrútenie newtonovskej dynamiky, ale aj prejav vonkajšieho poľa efektu modulovanej gravitácie.

Chai Insight

O výsledkoch Chai hovorí: „Zdá sa nemožné, že nejaké neznáme sprisahanie alebo metodológia mohla spôsobiť tieto akcelerometre závislé kolapsy skalárnej gravitácie v súlade s AQUAL. Skúmal som všetky systematiky, ako je opísané v dosť dlhom článku. Výsledky sú skutočné. Očakávam, že výsledky budú v budúcnosti potvrdené a spresnené lepšími a väčšími údajmi. Z dôvodu transparentnosti som tiež zverejnil celý svoj kód, aby som poslúžil každému zainteresovanému výskumníkovi.“

Účinky a obmedzenia

Na rozdiel od kriviek galaktickej rotácie, kde by sa pozorované zvýšené zrýchlenie teoreticky dalo pripísať temnej hmote v štandardnej Newton-Einsteinovej gravitácii, široká binárna dynamika by nimi nemohla byť ovplyvnená, aj keby bola prítomná. Štandardná gravitácia sa jednoducho zrúti do limitu slabého zrýchlenia podľa rámca MOND.

Dôsledky širokej binárnej dynamiky sú hlboké v astrofyzike, teoretickej fyzike a kozmológii. Odchýlky pozorované na obežných dráhach Merkúra v devätnástom storočí nakoniec viedli k Einsteinovej všeobecnej teórii relativity. Odchýlky teraz v širokých dvojhviezdach vyžadujú novú teóriu, ktorá rozširuje všeobecnú teóriu relativity na dolný limit zrýchlenia MOND.

Pre všetky úspechy newtonovskej gravitácie je všeobecná relativita nevyhnutná pre relativistické gravitačné javy, ako sú čierne diery a gravitačné vlny. Rovnako aj napriek všetkým úspechom všeobecnej teórie relativity je potrebná nová teória pre jav MOND v slabej hranici zrýchlenia. Kataklyzma slabého gravitačného zrýchlenia môže mať určitú podobnosť s ultrafialovou kataklizmou klasickej elektrodynamiky, ktorá viedla ku kvantovej fyzike.

Revolúcia vo fyzike

Široké binárne aberácie sú katastrofálne pre štandardnú gravitáciu a kozmológiu, ktorá sa spolieha na koncepty temnej hmoty a temnej energie. Keďže gravitácia nasleduje po MOND, veľké množstvo temnej hmoty v galaxiách (a dokonca aj vo vesmíre) už nie je potrebné. To je veľké prekvapenie pre Chaia, ktorý ako normálni vedci ešte pred pár rokmi „veril“ v ​​temnú hmotu.

Zdá sa, že prebieha nová revolúcia vo fyzike. Pokiaľ ide o súčasné zistenia a budúce vyhliadky, Milgrom hovorí: „Objav Chai je výsledkom veľmi hĺbkovej analýzy špičkových údajov, ktorá, pokiaľ môžem posúdiť, bola vykonaná s veľkou starostlivosťou a presnosťou. Ale na takýto ďalekosiahly objav – a v skutočnosti je ďalekosiahly – potrebujeme potvrdenie prostredníctvom nezávislých analýz, najlepšie s lepšími budúcimi údajmi. Ak sa táto anomália potvrdí ako kolaps newtonovskej dynamiky, a najmä ak sa skutočne súhlasí s najpriamejšími predpoveďami MOND, malo by to obrovské dôsledky pre astrofyziku, kozmológiu a základnú fyziku všeobecne.

Názory rovesníkov

Xavier Hernandez, profesor na UNAM v Mexiku, ktorý pred desiatimi rokmi ako prvý navrhol rozsiahle binárne testy gravitácie, hovorí: „Je vzrušujúce, že odklon od newtonovskej gravitácie, ktorý moja skupina istý čas tvrdila, bol nezávisle potvrdený a je to pôsobivé. že to bolo identifikované.“ Prvýkrát správne odlet, pretože presne zodpovedá podrobnému modelu MOND. Presnosť Chaeova veľká a starostlivo vybraná vzorka zo satelitu Gaia a jeho podrobná analýza robia jeho výsledky dostatočne silnými na to, aby sa kvalifikovali ako objav.“

K rovnakým záverom, čo sa týka gravitačného zákona, dospel aj profesor Univerzity v Bonne a Karlovej univerzity v Prahe Pavel Krupa. Hovorí: „S týmto testom na širokých dvojhviezdach, ako aj našimi testami na otvorených hviezdokopách blízko Slnka, údaje teraz presvedčivo naznačujú, že gravitácia je skôr milgromská ako newtonovská. Dôsledky pre celú astrofyziku sú obrovské.“

Objav bol publikovaný vo vydaní z 1. augusta 2023 na Astrofyzikálny časopis.

Referencia: „Rekordný Newton-Einsteinov gravitačný kolaps pri nízkych zrýchleniach vo vnútornej dynamike masívnych binárnych hviezd“ od Kyu Hyun-chae, 24. júla 2023, k dispozícii tu. Astrofyzikálny časopis.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101