Как модифицираната гравитация се противопоставя на Айнщайн и тъмната материя

Революционни нови изследвания разкриват, че кривите на въртене на галактиките остават плоски за неопределено време далеч, подкрепяйки прогнозите на модифицираната теория на гравитацията като алтернатива на тъмната материя.

Това откритие предизвиква настоящите модели на космологията и предполага, че ореолите на тъмната материя са или значително разширени, или че разбирането ни за теорията на гравитацията се нуждае от фундаментална преоценка.

Пробив в космологията

В пробивно откритие, което предизвиква конвенционалното разбиране на космологията, учените от университета Case Western Reserve откриха нови доказателства, които биха могли да променят нашето възприятие за Вселената.

Тобиас Мистели, постдокторантски изследовател в катедрата по астрономия в Колежа по изкуства и науки в университета Case Western Reserve, е пионер в революционна техника, която използва „гравитационни лещи“, за да се рови в мистериозния свят на тъмната материя. Той откри, че кривите на въртене на галактиките остават плоски в продължение на милиони светлинни години, без да се вижда край.

Учените преди това смятаха, че кривите на въртене на галактиките трябва да намаляват, докато се движат по-далеч от космоса.

Моделиране на кривата на слабо въртене. Кредит: Case Western Reserve University

Предизвикателство към традиционните космологични модели

Традиционно поведението на звездите в галактиките озадачава астрономите. Според Нютоновата гравитация звездите са на външните ръбове Той трябва Те са по-бавни поради намаляването на гравитационната сила. Това не беше наблюдавано, което доведе до извода за тъмна материя. Но дори ореолите на тъмната материя трябва да свършат, така че кривите на въртене не трябва да остават плоски за неопределено време.

Анализът на MESTEL оспорва това очакване, предлагайки изумително откритие: влиянието на това, което наричаме тъмна материя, се простира далеч отвъд предишните оценки, простирайки се най-малко на милион светлинни години от галактическия център.

Тобиас Мистел. Кредит: Case Western Reserve University

Такъв ефект на дълги разстояния предполага, че тъмната материя – както я разбираме – може изобщо да не съществува.

„Това откритие предизвиква настоящите модели, предполагайки, че съществуват или разширени ореоли от тъмна материя, или че трябва фундаментално да преоценим нашето разбиране за теорията на гравитацията“, каза той.

Революционни последици от астрофизиката

Стейси Макгоу, професор и директор на катедрата по астрономия в Колежа по изкуства и науки, каза, че откритията на Мистел, които са планирани да бъдат публикувани в списанието Astrophysical Journal Lettersразширявайки традиционните граници.

„Последиците от това откритие са дълбоки“, каза Макгоу. „Това може не само да предефинира нашето разбиране за тъмната материя, но и да ни покани да изследваме алтернативни теории за гравитацията, предизвиквайки структурата на съвременната астрофизика.“

Обръщане на теорията на Айнщайн с главата надолу

Основната техника, която Мистел използва в своите изследвания, е гравитационната леща, феномен, предсказан от теорията на Айнщайн за общата теория на относителността. По същество това се случва, когато масивен обект, като галактически куп или дори единична масивна звезда, огъва пътя на светлината, идваща от далечен източник. Това огъване на светлината възниква, защото масата на обекта изкривява тъканта на пространство-времето около него. Светлината продължава да се огъва от галактиките в много по-големи мащаби от очакваното.

Стейси Макгоф. Кредит: Case Western Reserve University

Като част от изследването, Mistel начерта така наречената връзка Tully-Fisher върху диаграма, за да подчертае експерименталната връзка между видимата маса на галактиката и нейната скорост на въртене.

„Знаехме, че тази връзка съществува“, каза Мистел. „Но не беше ясно дали връзката ще продължи, колкото повече се отдалечаваш. Колко дълго продължава това поведение? Това е въпросът, защото не може да продължи вечно.“

Мистел каза, че откритието му подчертава необходимостта от по-нататъшно проучване, сътрудничество в научната общност и потенциален анализ на други данни.

Преоценка на теориите за тъмната материя

Макгоф посочи херкулесовите – и досега неуспешни – усилия в международната общност по физика на частиците за откриване и идентифициране на частици от тъмна материя.

„Или ореолите на тъмната материя са много по-големи, отколкото очаквахме, или целият модел е грешен“, каза Макгоу. „Теорията, която преди това предсказа това поведение, беше модифицираната гравитационна теория MOND, която беше постулирана от Моти Милгром като алтернатива на тъмната материя през 1983 г. И така, очевидното и неизбежно противоречиво тълкуване на този резултат е, че тъмната материя е илюзия; „Може би доказателствата за това сочат към нова теория за гравитацията, която надхвърля това, на което ни е учил Айнщайн.“

Справка: „Неограничено плоски кръгови скорости и барионната връзка на Тъли-Фишър от слаби лещи“ от Тобиас Мистели, Стейси Макгоу, Федерико Лили, Джеймс Шумперт и Пенгфей Ли, прието. Astrophysical Journal Letters.
arXiv: 2406.09685