Plačių dvejetainių elementų orbitinių judesių tyrimas atskleidė įrodymų, kad skaliarinė gravitacija žlunga esant mažam pagreičiui. Šis atradimas atitinka modifikuotą teoriją, vadinamą MOND, ir meta iššūkį dabartinėms tamsiosios medžiagos sampratoms. Poveikis astrofizikai, fizikai ir kosmologijai yra gilus, o šios srities ekspertai šiuos atradimus pripažino svarbiu atradimu.

Naujas tyrimas pateikia įtikinamų įrodymų apie rekordinį gravitacinį žlugimą esant apatinei pagreičio ribai, gautus patikrinus ilgų, plačiai išsidėsčiusių dvejetainių žvaigždžių orbitos judesius. Šios žvaigždės astronomijoje ir astrofizikoje paprastai vadinamos plačiomis dvejetainėmis. Tyrimą atliko Kyu-Hyun Chae, fizikos ir astronomijos profesorius Sejong universitete Seule, ir naudojo iki 26 500 plačių dvejetainių elementų per 650 šviesmečių (LY), kuriuos pastebėjo Europos kosmoso agentūros Gaia kosminis teleskopas.

metodika

Siekdamas reikšmingo patobulinimo, palyginti su kitais tyrimais, Chai tyrime daugiausia dėmesio buvo skirta dvejetainių žvaigždžių patiriamo gravitacinio pagreičio apskaičiavimui, atsižvelgiant į jų atsiskyrimą arba lygiavertį orbitos periodą. Tai buvo pasiekta Monte Karlo stebimų dangaus projekcijos judesių projekcija į trimatę erdvę.

Zhai paaiškina: „Nuo pat pradžių man atrodė aišku, kad gravitaciją galima patirti tiesiogiai ir efektyviai apskaičiuojant pagreitį, nes pats gravitacinis laukas yra pagreitis. Mano naujausių tyrimų, susijusių su galaktikos sukimosi kreivėmis, patirtis paskatino mane pasiekti šią idėją. Galaktikos diskai ir plačios dvinarės orbitos turi tam tikrų panašumų.” , nors plačios dvinarės skrieja labai ilgomis orbitomis, o vandenilio dujų molekulės galaktikos diske skrieja beveik apskritomis orbitomis.

Be to, Chae kalibravo paslėptų trukdančių vidinių diodų dažnį esant standartiniam pagreičiui, priešingai nei kiti tyrimai.

Kairėje: dvinarė žvaigždžių sistema su persidengiančia vidine dvejetaine sistema (Kreditas: Vikipedija). Dešinėje: Gravitacinė anomalija esant mažam pagreičiui, pastebėta 20 000 plačių dvejetainių elementų. Autorius: Kyu-Hyun Chae

Radiniai

Tyrimas atskleidė, kad kai dvi žvaigždės skrieja viena aplink kitą, kurių pagreičiai mažesni nei maždaug vienas nanometras per sekundę kvadratu, jos pradeda nukrypti nuo Niutono visuotinės gravitacijos dėsnio ir Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijos prognozių. Pagreičiams, mažesniems nei maždaug 0,1 nanometro per sekundę kvadratu, stebimas pagreitis yra maždaug 30–40 procentų didesnis nei Niutono-Einšteino prognozė. Reikšmė yra reikšminga ir atitinka tradicinius 5 sigmų kriterijus moksliniam atradimui. 20 000 plačių diodų pavyzdyje, esant 650 LY atstumo ribose, dvi nepriklausomos greitintuvo deformacijos atitinkamai turi daugiau nei 5 sigmos reikšmingumo nuokrypius ta pačia kryptimi.

Kadangi pastebėtas pagreitis, didesnis nei maždaug 10 nanometrų per sekundę kvadratu, gerai sutampa su Niutono-Einšteino prognoze iš tos pačios analizės, pastebėtas pagreičio padidėjimas esant mažesniam pagreičiui yra galvosūkis. Įdomu tai, kad šį Niutono-Einšteino teorijos žlugimą esant silpniausiam pagreičiui prieš 40 metų pasiūlė teorinis fizikas Mordehai Milgromas iš Weizmann instituto Izraelyje, naudodamas naują teorinį pagrindą, vadinamą Modifikuota Niutono dinamika (MOND) arba Milgromo dinamika dabartinėje vartoje.

MOND jungtis

Apytiksliai 1,4 padidinimo koeficientas buvo teisingai numatytas MOND tipo Lagrango gravitacijos teorijoje, vadinamoje AQUAL, kurią pasiūlė Milgromas ir velionis fizikas Jacobas Bekensteinas. Pažymėtina tai, kad teisingam sutvirtinimo veiksniui reikia išorinio lauko įtakos paukščių takas Galaxy, unikali MOND modifikuota gravitacijos prognozė. Taigi platūs dvejetainiai duomenys rodo ne tik Niutono dinamikos sutrikimą, bet ir moduliuotos gravitacijos išorinio lauko poveikio pasireiškimą.

Chai įžvalga

Apie rezultatus Chai sako: „Atrodo neįmanoma, kad koks nors nežinomas sąmokslas ar metodika galėjo sukelti šiuos nuo akselerometro priklausančius skaliarinės gravitacijos žlugimus, suderintus su AQUAL. Išnagrinėjau visą sistemingumą, kaip aprašyta gana ilgame dokumente. Rezultatai Tikiuosi, kad ateityje rezultatai bus patvirtinti ir patobulinti naudojant geresnius ir didesnius duomenis. Taip pat išleidau visą savo kodą siekdamas skaidrumo ir padėti bet kuriam suinteresuotam tyrėjui.”

Poveikis ir apribojimai

Skirtingai nuo galaktikos sukimosi kreivių, kur pastebėtas padidėjęs pagreitis teoriškai gali būti priskiriamas tamsiajai medžiagai standartinėje Niutono-Einšteino gravitacijos jėgoje, plačiajai dvejetainei dinamikai jos negalėjo turėti įtakos, net jei jos būtų. Standartinė gravitacija paprasčiausiai patenka į silpną pagreičio ribą pagal MOND sistemą.

Plačios dvejetainės dinamikos pasekmės yra gilios astrofizikoje, teorinėje fizikoje ir kosmologijoje. Devidešimtajame amžiuje Merkurijaus orbitose pastebėti nukrypimai galiausiai atvedė prie Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos. Dėl dabartinių plačių dvejetainių nukrypimų reikia naujos teorijos, kuri išplečia bendrąjį reliatyvumą iki MOND žemos pagreičio ribos.

Visiems Niutono gravitacijos sėkmei bendrasis reliatyvumas yra būtinas reliatyvistiniams gravitaciniams reiškiniams, tokiems kaip juodosios skylės ir gravitacinės bangos. Taip pat, nepaisant visų bendrosios reliatyvumo teorijos sėkmės, MOND reiškiniui silpnoje pagreičio riboje reikia naujos teorijos. Silpno gravitacinio pagreičio kataklizmas gali šiek tiek panašėti į klasikinės elektrodinamikos ultravioletinį kataklizmą, atvedusį į kvantinę fiziką.

Revoliucija fizikoje

Plačios dvejetainės aberacijos yra pražūtingos standartinei gravitacijai ir kosmologijai, kuri remiasi tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos sampratomis. Kadangi gravitacija seka MOND, didelio tamsiosios medžiagos kiekio galaktikose (ir net Visatoje) nebereikia. Tai didelė staigmena Chai, kuris, kaip ir paprasti mokslininkai, dar prieš keletą metų „tikėjo“ tamsiąja medžiaga.

Atrodo, kad vyksta nauja fizikos revoliucija. Kalbėdamas apie dabartines išvadas ir ateities perspektyvas, Milgromas sako: „Chai atradimas yra labai nuodugnios pažangiausių duomenų analizės rezultatas, kuris, kiek galiu spręsti, buvo atliktas labai atsargiai ir tiksliai. Tačiau tokiam atradimui, kaip toli siekiančiam – o iš tikrųjų jis yra toli siekiantis – mums reikia patvirtinimo atliekant nepriklausomą analizę, pageidautina su geresniais ateities duomenimis. Jei ši anomalija pasitvirtins kaip Niutono dinamikos žlugimas, o ypač jei ji iš tikrųjų sutinka su tiesiausiomis MOND prognozėmis, tai turėtų milžinišką poveikį astrofizikai, kosmologijai ir apskritai fundamentinei fizikai.

Bendraamžių nuomonės

Meksikos UNAM profesorius Xavieras Hernandezas, pirmą kartą pasiūlęs plačius dvejetainius gravitacijos bandymus prieš dešimtmetį, sako: „Įdomu, kad nukrypimas nuo Niutono gravitacijos, apie kurį kurį laiką tvirtino mano grupė, buvo patvirtintas nepriklausomai, ir tai yra įspūdinga. kad tai buvo nustatyta. Tikslumas Iš Gaia palydovo, didelis ir kruopščiai atrinktas Chae mėginys ir jo išsami analizė daro jo rezultatus pakankamai tvirtus, kad būtų galima laikyti atradimu.

Bonos ir Prahos Karolio universitetų profesorius Pavelas Krupa padarė tokias pačias išvadas dėl gravitacijos dėsnio. Jis sako: „Atliekant šį bandymą su plačiomis dvejetainėmis sistemomis, taip pat su mūsų bandymais su atviromis žvaigždžių grupėmis, esančiomis arti Saulės, duomenys įtikinamai rodo, kad gravitacija yra Milgromo, o ne Niutono. Poveikis visai astrofizikai yra didžiulis.

Atradimas buvo paskelbtas 2023 m. rugpjūčio 1 d į Astrofizikos žurnalas.

Nuoroda: „Rekordinis Niutono-Einšteino gravitacijos žlugimas esant mažam pagreičiui masyvių dvinarių žvaigždžių vidinėje dinamikoje“, Kyu Hyun-chae, 2023 m. liepos 24 d., pasiekiama čia. Astrofizikos žurnalas.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101