Профессор Кю-Хюн Че из Университета Седжон в Сеуле наблюдал за орбитальным поведением космических структур, называемых широкими двойными звездами, по данным, собранным космическим телескопом Gaia Европейского космического агентства. Его выводы указывают на необходимость новой теории гравитации, отличной от теории всемирного тяготения Ньютона-Эйнштейна.
Теория гравитации Ньютона была революционной в свое время и успешно объяснила притяжение между телами на Земле и за ее пределами, дав более глубокое понимание движения планет. Однако теория Ньютона не может объяснять сложные гравитационные явления. Одной из них были аномалии на орбите Меркурия, которые озадачили астрономов и показали, что теория разваливается при объяснении экстремальных гравитационных условий.
Затем, в 1915 году, Эйнштейн опубликовал свой великий опус «Общая теория относительности». Эта преобразующая теория переосмыслила гравитацию как искривление самого пространства-времени, объединяющую массу и энергию в космическом танце.
Теория Эйнштейна объяснила орбиту Меркурия и искривление звездного света вокруг массивных тел во время солнечного затмения. Однако даже дальновидные идеи Эйнштейна не оправдались перед лицом космических бездн – черных дыр, где гравитация становится бесконечно интенсивной.
Чтобы заполнить эти пробелы, ученые предложили концепцию темной материи. Эта неуловимая форма материи невидима, так как не взаимодействует со светом, но ее эффекты можно увидеть благодаря ее гравитационному притяжению. Это было постулировано для объяснения расхождений между наблюдаемыми гравитационными эффектами и предсказаниями.
Но мы не знаем, какую форму принимает темная материя и существует ли она вообще.
Хотя темная материя потенциально может объяснить расхождения, многие ученые настроены скептически из-за отсутствия доказательств. Это привело к альтернативным теориям.
Модифицированная ньютоновская динамика, или МОНД, была впервые предложена израильским ученым Мордехаем Милгромом в 1983 году и могла объяснить эти галактические аномалии, в том числе те, которые наблюдал профессор Че.
Основная предпосылка MOND заключается в том, что ньютоновская гравитация, хорошо работающая в большинстве повседневных ситуаций, может вести себя иначе при чрезвычайно малых ускорениях.
Предполагается, что это отклонение от ньютоновской физики происходит, когда гравитационные поля слабы. МОНД предполагает, что при этих малых ускорениях сила тяжести больше не подчиняется знакомому закону обратных квадратов, а демонстрирует другую функциональную форму.
Идея MOND состоит в том, чтобы модифицировать ньютоновскую гравитацию для объяснения гравитационных аномалий, таких как орбитальные скорости галактик, без использования темной материи.
Это предполагает, что ускорение зависит от массы и функции, зависящей от масштаба, а это означает, что действие гравитации меняется в зависимости от размера или масштаба изучаемой системы, в отличие от традиционной гравитации.
Профессор Че проанализировал 26 500 комплексных двойных звездных систем в пределах 650 световых лет на основе данных, собранных телескопом Gaia.
Широкие двойные звездные системы состоят из двух звезд на относительно удаленных орбитах друг вокруг друга. Исследование этих систем показало, что при сверхнизких ускорениях наблюдаемые ускорения были на 30-40% выше, чем традиционные прогнозы, что предполагает потенциальное нарушение стандартной теории гравитации.
Это неожиданное увеличение ускорения объясняется квадратичным лагранжианом (AQUAL), теорией гравитации, основанной на MOND, созданной в соавторстве с Милгромом профессором Че, получившим прямые свидетельства нарушения стандартной гравитации при слабом ускорении.
Профессор Че объяснил, почему он решил изучить эти системы: «С самого начала мне казалось ясным, что гравитацию можно наиболее непосредственно и эффективно проверить путем расчета ускорений, потому что гравитационное поле само по себе является ускорением. Мой недавний опыт исследования кривых вращения галактик привел меня к этой идее. Галактические диски и широкие двойные системы имеют некоторое сходство в своих орбитах, хотя широкие двойные системы следуют сильно вытянутым орбитам, в то время как частицы газообразного водорода в галактическом диске следуют по почти круговым орбитам».
Исследование профессора Че не просто бросает вызов существующему положению вещей. Оно закладывает основу для более широкого исследования тайн гравитации. Ученый надеется, что его результаты будут подтверждены и уточнены с использованием более крупных и качественных наборов данных.
