Η μυστηριώδης κίνηση των αστεριών. Οι φυσικοί αμφισβητούν τη θεωρία της βαρύτητας

News ΑΡΘΡΑ ΣΥΜΠΑΝ

15 Νοεμβρίου, 2022Αλφειός Ποταμός

© NASA

 

Vladislav Strekopytov. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η δομή των αστρικών σμηνών που βρίσκονται πιο κοντά στη Γη έρχεται σε αντίθεση με τους νόμους του Νεύτωνα και τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, αλλά ταυτόχρονα επιβεβαιώνει μια από τις εναλλακτικές έννοιες της βαρύτητας, η οποία αρνείται τη σκοτεινή ύλη. Αυτή είναι μια πρόκληση για ολόκληρο το σύστημα απόψεων για το πώς λειτουργεί το Σύμπαν.

.

Γαλαξιακό τσιμέντο

Η υπόθεση της ύπαρξης μιας ουσίας που δεν μπορεί να ανιχνευθεί έγινε για πρώτη φορά πριν από 89 χρόνια από τον Ελβετό αστρονόμο Fritz Zwicky. Έδειξε ότι με την ταχύτητα με την οποία κινούνται οι γαλαξίες θα έπρεπε να πετάξουν χώρια, αλλά αυτό δεν συμβαίνει.

.

Επομένως, υπάρχει ακόμα κάποια μάζα. Ο Zwicky το ονόμασε σκοτεινή ύλη. Σύμφωνα με υπολογισμούς, υπάρχει πολύ περισσότερο από αυτό στο Σύμπαν από ό,τι συνήθως. Αλλά δεν ανακλά, δεν απορροφά ή εκπέμπει φως, καθιστώντας το αόρατο σε οποιοδήποτε μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

.

Για αρκετές δεκαετίες, αυτή η υπόθεση δεν θυμόταν σχεδόν καθόλου – μέχρι που οι Αμερικανοί αστρονόμοι Vera Rubin και Kent Ford αποκάλυψαν το ίδιο μοτίβο μέσα στο σπειροειδές γαλαξία Νεφέλωμα Ανδρομέδα (M31) και στη συνέχεια σε δεκάδες άλλους σπειροειδείς γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένου του Γαλαξία. Αυτό συνέβη το 1970.

.

Σύμφωνα με την Κεπλριανή μηχανική, η ταχύτητα των άστρων πρέπει να μειώνεται με την απόσταση από το γαλαξιακό κέντρο. Αλλά αποδείχθηκε ότι τα αστέρια στο κέντρο και στην περιφέρεια των σπειροειδών γαλαξιών κινούνται περίπου με τον ίδιο τρόπο. Σαν να συνδέονταν με κάποιο πλαίσιο, ένα μεγαλειώδες σύννεφο με μια κολοσσιαία μάζα. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι σωματίδια άγνωστης φύσης, απρόσιτα για άμεση παρατήρηση, εμπλέκονται στο σχηματισμό γαλαξιακών βαρυτικών πεδίων. Η ίδια σκοτεινή ύλη Zwicky.

© Washington State University, Pixabay Άδεια

.

Η κόκκινη γραμμή αντιπροσωπεύει την εκτιμώμενη ταχύτητα περιστροφής των αστεριών στον γαλαξία της Ανδρομέδας. Η λευκή γραμμή είναι η πραγματική ταχύτητα που μετράται από τις παρατηρήσεις. Οι νόμοι της κλασικής μηχανικής προβλέπουν ότι τα αστέρια θα πρέπει να περιστρέφονται πιο αργά καθώς απομακρύνονται από το κέντρο του γαλαξία, ενώ οι πραγματικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι η ταχύτητα των αστεριών είναι πρακτικά αμετάβλητη μέχρι τις πιο απομακρυσμένες περιοχές. Αυτό υποδηλώνει την παρουσία μεγάλης ποσότητας μη καταγεγραμμένης μάζας

.

Παρά τις πολυάριθμες πειραματικές προσπάθειες, δεν υπάρχουν ακόμη άμεσες αποδείξεις για την ύπαρξή του. Ωστόσο, οι φυσικοί χρησιμοποιούν ενεργά αυτήν την υπόθεση για να εξηγήσουν πολλά κοσμικά φαινόμενα: βαρυτικό φακό – την καμπυλότητα του φωτός που προέρχεται από μακρινά αστέρια, την κατανομή θερμοκρασίας του θερμού αερίου στους γαλαξίες, την ανισοτροπία του υποβάθρου των μικροκυμάτων και άλλα.

.

Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, μιλάμε για αποκλίσεις από την κλασική θεωρία της βαρύτητας. Ωστόσο, υπάρχουν και εκείνοι που πιστεύουν ότι όλες οι ασυνέπειες μπορούν να αρθούν. Έχουν γίνει εκατοντάδες προσπάθειες δημιουργίας εναλλακτικών θεωριών.

.

Κουνήθηκε στον Νεύτωνα

Το μοντέλο της Τροποποιημένης Νευτώνειας Δυναμικής (MOND) αναπτύχθηκε το 1982 από τον Ισραηλινό φυσικό Mordechai Milgrom. Πρότεινε ότι η επιτάχυνση εξαρτάται μη γραμμικά από τη μάζα και για μικρές επιταχύνσεις δεν ισχύει ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας. Η κίνηση καθορίζεται όχι μόνο από τη δική της μάζα, αλλά και από τη μάζα των γύρω αντικειμένων – αυτό είναι το λεγόμενο φαινόμενο εξωτερικού πεδίου.

.

Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Πάβελ Κρούπα από το Πανεπιστήμιο της Βόννης δημοσίευσε πρόσφατα τα αποτελέσματα μιας μελέτης αστεριών σε σμήνη στο περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

.

Μιλάμε για τα πέντε σμήνη που βρίσκονται πιο κοντά στη Γη: Υάδες, Φάτνη, Κόμα Βερενίκης, NGC 752 και COIN-Gaia 13. Όλα αποτελούνται από νεαρά αστέρια που σχηματίζονται από σύννεφα σκόνης και αερίου. Σύμφωνα με αστρονομικά δεδομένα, καθώς κινούνται, τέτοια σμήνη χάνουν αστέρια υπό την επίδραση της γαλαξιακής βαρύτητας.

.

Παλιρροϊκές ουρές σχηματίζονται στις άκρες των σμηνών, μακριές, λεπτές δομές αστεριών και αερίων μπροστά και πίσω καθώς ταξιδεύουν. Σύμφωνα με την κλασική θεωρία της βαρύτητας, και οι δύο ουρές πρέπει να είναι ίδιες.

.

«Σύμφωνα με τους νόμους της βαρύτητας του Νεύτωνα, σε ποια από τις ουρές καταλήγει το χαμένο αστέρι είναι θέμα τύχης», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Δρ. Jan Pflamm-Altenburg (αναφέρεται σε δελτίο τύπου του πανεπιστημίου).

.

Ωστόσο, σε όλα τα σμήνη στις μπροστινές ουρές, που είναι πιο κοντά στο κέντρο του γαλαξία, υπάρχουν περισσότερα αστέρια από ό,τι στα πίσω. Η κατανομή ταιριάζει καλά στο MOND, το οποίο υποθέτει ότι η βαρύτητα σε χαμηλές επιταχύνσεις είναι ισχυρότερη από ό,τι προκύπτει από τους νόμους του Νεύτωνα.

© AG Kroupa/Uni Bonn

.

Κορυφή: Γράφημα της κατανομής των άστρων στο σμήνος Υάδες με βάση αστρονομικές παρατηρήσεις. Κάτω: Προσομοίωση υπολογιστή του MOND που δείχνει παρόμοια κατανομή

.

“Για να το θέσω απλά, σύμφωνα με τη MOND, τα αστέρια μπορούν να φύγουν από το σύμπλεγμα μέσω δύο διαφορετικών θυρών”, εξηγεί ο καθηγητής Krupa. “Η μία οδηγεί στην πίσω παλιρροιακή ουρά, η άλλη στο μπροστινό μέρος. Σύμφωνα με τον Newton, και οι δύο πόρτες πρέπει να είναι ίδιες Στην πραγματικότητα, το πρώτο είναι πολύ πιο στενό από το δεύτερο.» .

.

Επιπλέον, η πραγματική διάρκεια ζωής των διάσπαρτων αστερισμών δεν υπερβαίνει το 50 τοις εκατό αυτού που υπολογίζεται από το κλασικό βαρυτικό μοντέλο. Ο MOND προτείνει ότι η περίσσεια αστεριών στην μπροστινή ουρά αναγκάζει το σμήνος να επιβραδύνει και να περιστρέφεται γύρω από το κέντρο του γαλαξία σε μια όλο και πιο επιμήκη τροχιά, ενώ περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση της τροχιακής περιστροφής, η οποία οδηγεί σε επιταχυνόμενη αποσύνθεση.

.

Άλλες επιβεβαιώσεις της MOND έχουν επισημανθεί προηγουμένως. Συγκεκριμένα, σε 153 διαφορετικούς γαλαξίες , καταγράφηκε μια μη γραμμική εξάρτηση της τροχιακής ταχύτητας των άστρων και του αερίου από την απόσταση από το γαλαξιακό κέντρο. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό μπορεί να οφείλεται στην επίδραση ενός εξωτερικού πεδίου, εξαιτίας του οποίου τα αντικείμενα σε ισχυρά βαρυτικά πεδία επιβραδύνουν περισσότερο από ό,τι σε αδύναμα. Με αυτήν την προσέγγιση, δεν απαιτείται να εξηγηθεί η σταθερότητα της σκοτεινής ύλης.

.

Αναμονή για νέα στοιχεία

Παρόλα αυτά, οι ίδιοι οι συγγραφείς της μελέτης παραδέχονται ότι η εναλλακτική θεωρία της βαρύτητας εξηγεί μόνο ένα περιορισμένο εύρος φαινομένων και θα πρέπει να αντιμετωπίζεται πολύ προσεκτικά.

.

“Τα στοιχεία χρειάζονται περισσότερα από μερικά στριμμένα αστρικά σμήνη”, τονίζει ο Krupa. “Εάν η θεωρία είναι σωστή, όλοι οι υπολογισμοί σχετικά με το σχηματισμό, την κίνηση των γαλαξιών και την αλληλεπίδρασή τους μεταξύ τους είναι εσφαλμένοι. Θα πρέπει να εφευρεθεί μια νέα κοσμολογία. ”

.

Εν τω μεταξύ, τα περισσότερα από τα γεγονότα εξακολουθούν να δείχνουν τη σκοτεινή ύλη. Και οι διεργασίες στο Σύμπαν περιγράφονται με μεγαλύτερη επιτυχία από τη γενική θεωρία της σχετικότητας (GR) του Αϊνστάιν, υποθέτοντας ότι οι βαρυτικές και αδρανειακές δυνάμεις έχουν την ίδια φύση. Ως εκ τούτου, προκύπτει ότι τα βαρυτικά φαινόμενα προκαλούνται όχι από την αλληλεπίδραση δύναμης σωμάτων και πεδίων που βρίσκονται στο χωροχρόνο, αλλά από την παραμόρφωση του ίδιου του χωροχρόνου, που σχετίζεται, ειδικότερα, με την παρουσία μάζας-ενέργειας.

.

Η πιο σημαντική επιβεβαίωση της γενικής σχετικότητας είναι η πειραματική ανίχνευση το 2016 βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκαν από τη σύγκρουση δύο αστέρων νετρονίων. Το 2017 απονεμήθηκε το Νόμπελ Φυσικής για αυτή την ανακάλυψη.

…………………………………………………………………………………………………..