Un astronom susține că are „dovada directă” a căderii gravitației

Un om de știință a observat o „anomalie gravitațională” în anumite sisteme stelare, care ar putea schimba o presupunere fundamentală despre univers, potrivit unui nou studiu. 

Anomalia apare atunci când stelele care orbitează liber, cunoscute sub numele de binare largi, par să se miște în moduri care sfidează modelele consacrate de gravitație, care sunt bazate pe ideile lui Isaac Newton și Albert Einstein. Uluitoarea descoperire sugerează o posibilă teorie alternativă a fizicii care nu depinde de existența unor fenomene ciudate neidentificate, cum ar fi materia întunecată, pentru a explica fenomenele pe care le observăm în spațiu. 

Gravitația este una dintre cele mai familiare forțe pe care le experimentăm în viața de zi cu zi, dar și cea mai greu de explicat. În modelul standard al cosmologiei - un cadru teoretic bine testat - gravitația este guvernată de legile newtoniene și de teoria relativității generale a lui Einstein. De asemenea, modelul standard prezice că există un material necunoscut, numit materie întunecată, care reprezintă marea majoritate a masei universului. 

Modelul standard este o teorie robustă, dar unele obiecte din spațiul cosmic par totuși să se abată de la jocul gravitațional. De aceea, oamenii de știință au început să dezvolte o altă explicație a gravitației în anii 1980, cunoscută sub numele de Dinamica Newtoniană Modificată (MOND), care nu necesită existența materiei întunecate. 

Kyu-Hyun Chae, astronom la Universitatea Sejong, a testat acum aceste modele și a analizat accelerația stelară în 26.500 de binare largi situate la aproximativ 650 de ani lumină de Pământ, cu ajutorul imaginilor capturate de observatorul Gaia al Agenției Spațiale Europene. Oamenii de știință au căutat anterior semne de modificare a gravitației în aceste sisteme, dar Chae a făcut următorul pas prin dezvoltarea unui nou cod care ar putea ține cont de detalii speciale, precum rata de apariție a așa-numitelor binare „cuibărite” în care și stelele care orbitează liber au companioni stelari apropiați. 

Noile date sugerează că atunci când accelerația gravitațională a acestor stele ajunge sub un nanometru pe secundă pătrat, ele încep să se miște în moduri care sunt mai aliniate cu modelele MOND decât cu modelul standard. Chae a spus că descoperirile oferă „dovezi directe pentru defectarea gravitației standard la o accelerație slabă” și dezvăluie „o anomalie imobilă a gravitației în favoarea gravitației modificate bazate pe MOND”, conform unui studiu publicat în The Astrophysical Journal. 

„Când rezultatele au început să apară din noul meu cod mai fiabil, reacția mea inițială a fost că e incredibil”, a spus Chae într-un e-mail către Motherboard. „Mă simțeam de parcă visez. Părea atât de ireal. Asta se datorează faptului că rezultatele mele nu s-au potrivit cu niciunele dintre rezultatele anterioare.”

„Mai multe rezultate anterioare au susținut chiar că gravitația standard a fost preferată de datele binare largi, inclusiv Gaia DR3”, a continuat el. „Un grup susține o anomalie de ceva timp, dar ea părea să nu se potrivească bine cu predicțiile teoriilor gravitaționale modificate existente. Cu toate astea, acele studii anterioare nu s-au autocalibrat sau nu au luat în considerare pe deplin cantitatea de binare cuibărite ascunse.”

Oamenii de știință care lucrează cu teoriile MOND se concentrează adesea pe observarea galaxiilor, dar cercetătorii s-au uitat din ce în ce mai mult la binare largi pentru anomalii, deoarece scările stelare sunt prea mici pentru a fi afectate de materia întunecată (presupunând că există). 

„Testarea gravitației cu binare largi este interesantă, fiindcă materia întunecată nu poate juca niciun rol în dinamica lor internă”, a spus Chae în studiu. „Astfel, spre deosebire de galaxii și clustere de galaxii, nu este nevoie să distingem predicțiile gravitației modificate și ale materiei întunecate care par să se suprapună și să difere doar subtil în unele cazuri.”

În noul studiu, Chae raportează ceea ce el numește „dovezi clare” că mișcările binarelor în punctele de accelerare slabă par să se sincronizeze cu o anumită predicție MOND cunoscută sub numele de AQUAL. Descoperirea sugerează că viziunea standard asupra gravitației nu poate explica aceste mișcări la accelerații mici, ceea ce poate inspira oamenii de știință să regândească aspecte ale legii inversului pătratului în gravitație a lui Newton și ale relativității generale a lui Einstein, precum și necesitatea materiei întunecate. 

„Deoarece o cantitate mare de materie întunecată - de șase ori mai mare decât materia barionică sau obișnuită bazată pe modelul standard - a fost necesară prin presupunerea că relativitatea generală era validă în limita de accelerație scăzută, o astfel de nevoie pentru o cantitate mare de materie întunecată nu mai este validă”, a explicat Chae. „Asta nu exclude neapărat posibilitatea ca noi particule, cum ar fi neutrinii sterili, să nu mai poată fi găsite. Dar, este clar că nu este nevoie de atât de multă materie întunecată pe cât cere relativitatea generală.”

Deși rezultatele sunt tentante, Chae a spus că vor fi necesare observații viitoare și lucrări teoretice pentru a construi pe baza descoperirii. A remarcat și că aceste descoperiri reprezintă o provocare pentru unele părți ale modelului standard, dar că acesta este în continuare cel mai bun obiectiv cu care să vizualizăm multe alte fenomene din univers.

„Aș dori să subliniez că toate aspectele de succes ale dinamicii newtoniene și ale relativității generale în regimul non-MOND vor continua să fie prețuite”, a spus Chae pentru Motherboard. „De exemplu, descrierea găurilor negre prin relativitatea generală este validă și nu are nimic de-a face cu anomalia în limita joasă a accelerației. Vorbim doar despre o revizuire a limitei joase de accelerație.”

Chiar și așa, orice actualizare sau revizuire a modelului standard bazat pe aceste descoperiri ar avea un efect profund asupra concepției noastre despre univers. 

„Întrucât cosmologia standard se bazează pe relativitate generală, cosmologia are acum nevoie de o revizuire majoră”, a concluzionat Chae. „Cred că intrăm într-o perioadă extrem de interesantă. Când a fost descoperită cu mai bine de un secol în urmă catastrofa ultravioletă a teoriei electrodinamicii a lui Maxwell, ea a dus în cele din urmă la fizica cuantică. Acum avem o catastrofă gravitațională cu accelerație scăzută. Este interesant să vedem unde va duce lumea.”