Работа не доказывает существование темной материи, но опровергает конкурирующую теорию под названием “Модифицированная ньютоновская динамика”.
В астрономическом сообществе сложилось единое мнение, что привычная материя, состоящая из атомов, не является доминирующей формой материи во Вселенной. Вместо этого считается, что невидимая форма материи, называемая “темной” материей, гораздо более распространена. Однако небольшая группа исследователей отрицает существование темной материи, утверждая, что наше понимание того, как движутся объекты, неполно. В журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society была опубликована статья.
Темная материя против MOND
Звезды, планеты и галактики движутся под действием силы гравитации, и Исаак Ньютон разработал законы, управляющие этим движением, которые мы теперь называем ньютоновской динамикой. Однако, несмотря на огромный успех ньютоновской динамики, он не является универсальным. Действительно, когда уравнения Ньютона применяются к некоторым астрономическим явлениям, они не дают правильных прогнозов. Один из таких примеров – скорость вращения галактик. Когда астрономы измеряют скорость звезд на периферии галактики, оказывается, что они движутся быстрее, чем можно объяснить с помощью общепринятой теории. Согласно ей, галактики должны разлетаться в стороны.
Решение этой загадки, на которое опирается большинство ученых, заключается в том, что помимо привычных звезд и газовых облаков в нашей галактике находится большое количество невидимой темной материи. Эта темная материя добавляет гравитационную силу, удерживающую галактику вместе. То есть, доказательства существования темной материи являются косвенными. Ее никогда не наблюдали в лаборатории, однако ее способность объяснить движение галактик является весомым косвенным доказательством ее существования.
Тем не менее, поскольку темная материя остается ненаблюдаемой, следует рассмотреть альтернативные гипотезы. Одна из них, называемая MOND (Modified Newtonian Dynamics – Модифицированная ньютоновская динамика), предполагает, что ньютоновские законы движения, изучаемые в начальных классах физики, не совсем верны. Для ускорений, превышающих примерно в 10-11 раз силу тяжести, ощущаемую на поверхности Земли, работают всем знакомые уравнения Ньютона. Для ускорений меньше этого значения применяется новый набор уравнений. Теория MOND была впервые разработана израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1983 году, и хотя эта модель не принимается большинством астрономов, у нее есть горячие сторонники.
Когда астрономы применяют теорию MOND для предсказания вращения галактик, она работает довольно точно, по сути, так же хорошо, как и теория темной материи. А значит, необходимо измерение, которое позволит окончательно провести различие между этими двумя теориями.
Проверка MOND
В опубликованной работе исследователи использовали данные, записанные с помощью спутника Gaia, для изучения широких бинарных звезд.
И что же они обнаружили? Исследование явно отдает предпочтение теории Ньютона перед MOND как точному описанию орбитального поведения широких двойных звезд. (Измерения исключили MOND на шестнадцать сигм, что намного больше, чем результат в пять сигм – это 99,9999 процента вероятности неслучайного результата).
В своей статье исследователи также рассмотрели более ранние сообщения.
Доказывает ли это измерение, что темная материя реальна? Нет. Это было бы слишком смелым выводом. Если результат подтвердится, то он лишь продемонстрирует, что конкретная теория под названием MOND неверна. Это не значит, что другие альтернативные теории темной материи неверны. Другие остаются жизнеспособными. Будь-то предложенные решения загадки быстро вращающихся галактик, включая изменения в законах гравитации или различные модификации законов движения. Кроме того, хотя расстояние, разделяющее широкие двойные звезды, очень велико, оно ничтожно по сравнению с размерами галактик. Остается вероятность того, что теория MOND может быть применима к галактическим размерам, но не к масштабам больших звездных систем.
Подход Шерлока к астрофизике
Тем не менее, если результат подтвердится, это очень важный шаг вперед в поисках ответа на вопрос, почему галактики вращаются так быстро. Хотя опровержение других теорий не приносит такого удовлетворения, как открытие, но это путь развития науки. Как однажды сказал детектив Шерлок Холмс в рассказе “Знак четырех”: “Как только вы исключаете невозможное, все, что остается, независимо от степени невероятности, должно быть правдой”.
Читайте также: Темная энергия может привести ко второму Большому взрыву во Вселенной