_ Este întuneric Teoria principalului rival al materiei a murit? Sonda spațială Cassini și alte teste recente ar putea invalida MOND

Unul dintre cele mai mari mistere ale astrofizicii de astăzi este că forțele din galaxii nu par să se adună. Galaxiile se rotesc mult mai repede decât s-a prezis prin aplicarea legii gravitației lui Newton materiei lor vizibile, în ciuda faptului că acele legi funcționează bine peste tot în sistemul solar.

Pentru a împiedica galaxiile să se despartă, este nevoie de o greutate suplimentară. Acesta este motivul pentru care a fost propusă pentru prima dată ideea unei substanțe invizibile numită materie întunecată. Dar nimeni nu a văzut niciodată lucrurile. Și nu există particule în Modelul standard de mare succes al fizicii particulelor care ar putea fi materia întunecată – trebuie să fie ceva destul de exotic.

Acest lucru a condus la ideea rivală că discrepanțele galactice sunt cauzate în schimb de o defalcare a legilor lui Newton. Cea mai de succes astfel de idee este cunoscută sub numele de dinamica milgromiană sau MOND, propusă de fizicianul israelian Mordehai Milgrom în 1982. Dar cercetările noastre recente arată că această teorie are probleme.

Principalul postulat al MOND este că gravitația începe să se comporte. diferit de ceea ce se aștepta Newton când devine foarte slab, ca la marginile galaxiilor. MOND are destul de mult succes în a prezice rotația galaxiilor fără materie întunecată și are câteva alte succese. Dar multe dintre acestea pot fi explicate și cu materia întunecată, păstrând legile lui Newton.

Deci cum punem MOND la un test definitiv? Urmărim asta de mulți ani. Cheia este că MOND schimbă comportamentul gravitației doar la accelerații mici, nu la o anumită distanță de un obiect. Veți simți o accelerație mai mică la marginea oricărui obiect ceresc - o planetă, stea sau galaxie - decât atunci când vă aflați aproape de acesta. Dar cantitatea de accelerație, mai degrabă decât distanța, este cea care prezice unde gravitația ar trebui să fie mai puternică.

Aceasta înseamnă că, deși efectele MOND ar începe de obicei la câteva mii de ani lumină de la o galaxie, dacă am Priviți o stea individuală, efectele ar deveni foarte semnificative la o zecime de an lumină. Aceasta este doar de câteva mii de ori mai mare decât o unitate astronomică (UA) - distanța dintre Pământ și Soare. Dar efectele MOND mai slabe ar trebui să fie detectabile și la scari și mai mici, cum ar fi în sistemul solar exterior.

Aceasta ne aduce la misiunea Cassini, care a orbitat în jurul lui Saturn între 2004 și prăbușirea sa finală cu foc asupra planetei în 2017. Saturn orbitează în jurul Soarelui la 10 UA. Din cauza unei ciudatenii a lui MOND, gravitația din restul galaxiei noastre ar trebui să facă ca orbita lui Saturn să se abată de la așteptările newtoniene într-un mod subtil.

Acest lucru poate fi testat prin sincronizarea impulsurilor radio între Pământ și Cassini. Deoarece Cassini se afla în jurul lui Saturn, acest lucru a ajutat la măsurarea distanței Pământ-Saturn și ne-a permis să urmărim cu precizie orbita lui Saturn. Dar Cassini nu a găsit nicio anomalie de genul așteptat la MOND. Newton încă funcționează bine pentru Saturn.

Unul dintre noi, Harry Desmond, a publicat recent un studiu în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society care investighează rezultatele în profunzime. Poate că MOND s-ar potrivi cu datele Cassini dacă am ajusta modul în care calculăm masele galaxiilor din luminozitatea lor? Acest lucru ar afecta cât de mult o creștere a gravitației trebuie să ofere MOND pentru a se potrivi modelelor de rotație a galaxiilor și, prin urmare, la ceea ce ar trebui să ne așteptăm pentru orbita lui Saturn.

O altă incertitudine este gravitația din galaxiile din jur, care are o efect minor. Dar studiul a arătat că, având în vedere modul în care MOND ar trebui să funcționeze pentru a se potrivi cu modelele de rotație a galaxiilor, nu se poate potrivi și cu rezultatele de urmărire radio Cassini – indiferent de modul în care modificăm calculele.

Cu ipotezele standard considerate cel mai probabil de astronomi și care permit o gamă largă de incertitudini, șansa ca MOND să se potrivească cu rezultatele Cassini este aceeași ca o monedă răsturnată care aterizează de 59 de ori la rând. Acesta este de peste două ori standardul de aur „5 sigma” pentru o descoperire în știință, ceea ce corespunde la aproximativ 21 de aruncări de monede la rând.

Aceasta nu este singura veste proastă pentru MOND. Un alt test este oferit de stele binare largi - două stele care orbitează în jurul unui centru comun la câteva mii de UA. MOND a prezis că astfel de stele ar trebui să orbiteze unele în jurul celeilalte cu 20% mai repede decât se aștepta, cu legile lui Newton. Dar unul dintre noi, Indranil Banik, a condus recent un studiu foarte detaliat care exclude această predicție. Șansa ca MOND să aibă dreptate, având în vedere aceste rezultate, este aceeași cu cea a unei monede care aterizează de 190 de ori la rând.

Rezultatele încă de la o altă echipă arată că MOND nu reușește, de asemenea, să explice corpurile mici din exteriorul îndepărtat. sistem solar. Cometele care vin de acolo au o distribuție mult mai restrânsă a energiei decât prezice MOND. Aceste corpuri au, de asemenea, orbite care sunt de obicei doar puțin înclinate față de planul pe care toate planetele orbitează aproape. MOND ar face ca înclinațiile să fie mult mai mari.

Gravația newtoniană este puternic preferată față de MOND pe scalele de lungime sub aproximativ un an lumină. Dar MOND eșuează și la scari mai mari decât galaxiile: nu poate explica mișcările din cadrul clusterelor de galaxii. Materia întunecată a fost propusă pentru prima dată de Fritz Zwicky în anii 1930 pentru a explica mișcările aleatorii ale galaxiilor din Clusterul Comă, care necesită mai multă gravitație pentru a o menține împreună decât o poate oferi masa vizibilă.

MOND nu poate oferi suficient. gravitația fie, cel puțin în regiunile centrale ale clusterelor de galaxii. Dar la periferia lor, MOND oferă prea multă gravitate. Presupunând în schimb gravitația newtoniană, cu de cinci ori mai multă materie întunecată decât materia normală, pare să se potrivească bine cu datele.

Modelul standard al materiei întunecate al cosmologiei nu este totuși perfect. Există lucruri pe care se chinuie să le explice, de la rata de expansiune a universului până la structuri cosmice gigantice. Deci este posibil să nu avem încă modelul perfect. Se pare că materia întunecată este aici pentru a rămâne, dar natura ei poate fi diferită de ceea ce sugerează Modelul Standard. Sau gravitația poate fi într-adevăr mai puternică decât credem, dar numai la scari foarte mari.

Totuși, în cele din urmă, MOND, așa cum este formulat în prezent, nu mai poate fi considerată o alternativă viabilă la materia întunecată. S-ar putea să nu ne placă, dar partea întunecată încă ține.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)