Elképesztő új felfedezés a téridőről

Az átalunk ismert galaxisok az univerzum fényes objektumai közé tartoznak

A dél-koreai Sejong Egyetem asztrofizikai kutatócsoportjának vezetője, Kyu-Hyun Chae professzor azt állítja, hogy az úgynevezett széles kettőscsillagok mozgásának tanulmányozása során olyan anomáliákat fedeztek fel, amelyeket sem a newtoni gravitációs modellel, sem pedig az einsteini általános relativitáselmélettel nem lehet megmagyarázni. Mi több, a dél-koreai tudós szerint a felfedezett jelenségek túlmutatnak az általános relativitáselméleten, megkérdőjelezve néhány einsteini jóslat megalapozottságát.

A gravitációs tér maga is egy gyorsulás

Egy új tanulmány meggyőző bizonyítékokról számol be a standard gravitáció megbomlására azokon az alacsony gyorsulási határokon, amelyek a hosszú periódusú egymástól távol eső kettőscsillagok - amiket széles kettős csillagoknak neveznek a csillagászatban és az asztrofizikában –, keringési mozgásának ellenőrizhető elemzéséből származnak.

Kyu-Hyun Chae, a szöuli Sejong Egyetem fizika és csillagászat professzora Forrás: Sejong University

Kyu-Hyun Chae, a szöuli Sejong Egyetem fizika és csillagászat professzora által vezetett tudóscsoport 26 500 széles binárist, vagyis kettős csillagot vizsgált meg 650 fényéven belül az Európai Űrügynökség Gaia űrteleszkópjának segítségével.

Egy kettőscsillag-rendszer művészi ábrája Forrás: NASA

Chae tanulmánya a kettős csillagok gravitációs gyorsulásának kiszámítására összpontosított a szétválásuk, vagy – ezzel egyenértékűen – a keringési periódusuk függvényében. „Kezdettől fogva egyértelműnek tűnt számomra, hogy a gravitációt a gyorsulások kiszámításával lehet a legközvetlenebbül és leghatékonyabban tesztelni, mivel a gravitációs tér maga is egy gyorsulás. Legutóbbi, a galaktikus forgási görbékkel kapcsolatos kutatási tapasztalataim vezettek ehhez az ötlethez.

Az átalunk ismert galaxisok az univerzum fényes objektumai közé tartoznak Forrás: NASA/JPL-Caltech

- A galaktikus korongok karjainak mozgása és a széles binárisok (kettőscsillagok, a szerk.) pályája hasonló, bár a széles binárisok erősen megnyúlt pályákat követnek, míg a hidrogéngáz részecskék a galaktikus korongok karjaiban közel körkörös pályán mozognak" – nyilatkozta a tanulmány szerzője, Kyu-Hyun Chae professzor.

Zavaró, megmagyarázhatatlan anomáliát fedeztek fel a kettős csillagok mozgásában

A kutatás azt találta, hogy amikor két csillag körülbelül 1 nm/s2 -nál kisebb gyorsulással kering egymás körül, a viselkedésük kezd eltérni a Newton-féle egyetemes gravitációs törvény és az Einstein-féle általános relativitáselmélet előrejelzéseitől.

Egy úgynevezett széles bináris rendszer művészi ábrája Forrás: NASA/JPL-Caltech

Körülbelül 0,1 nm/s2-nál kisebb gyorsulások esetén a megfigyelt gyorsulás hozzávetőleg 30-40 százalékkal nagyobb, mint ami a newtoni, illetve az einsteini jóslatból következne, vagyis a megfigyelt jelenség ellentmond mind Isaac Newton klasszikus gravitációs, valamint Albert Einstein általános relativitáselméletének.

Albert Einstein alkotta meg az általános relativitáselméletet, illetve a téridő fogalmát Forrás:Popper Foto/Getty Images

Mivel a megfigyelt, körülbelül 10 nm/s2-nél erősebb gyorsulások jól egyeznek az ugyanebből az elemzésből származó Newton-Einstein-jóslattal, ezért az alacsonyabb gyorsulásoknál megfigyelt gyorsulásnövekedés jelenleg egész egyszerűen megmagyarázhatatlan rejtély.

Sir Isaac Newton. Newton gravitációs törvényei alapozták meg a modern fizikát Forrás: commons.wikimedia.org

Ami figyelemre méltó viszont, hogy a Newton-Einstein-elméletnek erre a hibájára Mordehai Milgrom elméleti fizikus, az izraeli Weizmann Intézet szaktudósa is felfigyelt már negyven éve, és ennek kiküszöbölésére egy új elméletet javasolt, amelyet módosított newtoni dinamikának (MOND) vagy Milgromi-dinamikának hívnak az elméleti fizikában.

Nem létezik a mindeddig meg nem figyelt sötét anyag sem

Az eddig elért kutatási eredményekről Chae a következőket nyilatkozta: „Lehetetlennek tűnik, hogy egy ismeretlen szisztéma idézze elő a standard gravitáció ilyen gyorsulástól függő megváltozását. Ezzel kapcsolatban megvizsgáltam az összes elméleti lehetőséget a meglehetősen hosszú publikációban leírtak szerint.

Az eredmények valódiak.

Biztos vagyok benne, hogy az eddigi eredményeket a jövőben újabb és jobb felbontású adatokkal fogják megerősíteni, illetve tovább finomítani. E célból és a téma iránt érdeklődő tudósok kiszolgálása érdekében minden kutatási eredményt hozzáférhetővé tettem."

A Messier M 101 galaxis. A galaxiskarok dinamikáját mindeddig a hipotetikus sötét anyag közbeiktatásával magyarázták meg Forrás: ESA/Hubble

Ellentétben a galaxisok forgási görbéivel, amelyekben a megnövekedett gyorsulást a hipotetikus sötét anyagnak tulajdonítják a newtoni-einsteini standard gravitációs modellben, a széles binárisok dinamikáját ez a feltételezett sötét anyag még akkor sem befolyásolhatná, ha valóban létezne.

A standard gravitáció ugyanis a MOND keretrendszernek megfelelően a gyenge gyorsulási határban egyszerűen felbomlik.

A feltételezett sötét energia létét Einstein kozmológiai állandója is előrevetítette Forrás: TrendinTech

A felfedezés tehát – amennyiben ezt a további ellenőrző mérések is megerősítik –, azt jelentené,

hogy a rejtélyes és mindeddig soha meg nem figyelt sötét anyag sem létezik.

Az asztrofizikában jelenleg a hipotetikus sötét anyag közbeiktatásával magyarázzák, hogy miért nem esnek szét a galaxisok , illetve, hogy miért a megfigyelt formában alakulnak ki a galaxiskarok, noha ehhez túl kevés csillag és intersztelláris (csillagközi) anyag található bennük.

Egy "sötét anyag nélküli" galaxis, az NGC 1277 a Perseus galaxishalmaz közepének közelében helyezkedik el, 240 millió fényévre a Földtől. Forrás: https://www.iac.es/en/outreach/news/puzzle-galaxy-no-dark-matter

A számítások szerinti hiányzó gravitációs erő „pótlására" vezették be a sötét anyag hipotézisét. A MOND szükségtelenné teszi a sötét anyag feltételezését, hiszen magában az elméletben szolgál magyarázattal a megfigyelt gravitációs hatásokra.

Új forradalom kezdődhet az elméleti fizikában

A széles kettőscsillagok dinamikájának most feltárt következményei mélyrehatóak lehetnek az asztrofizikában, az elméleti fizikában és a kozmológiában is. A Newton-féle gravitációs elmélet minden korábbi sikere ellenére az általános relativitáselméletre lett szükség az olyan relativisztikus gravitációs jelenségek értelmezéséhez, mint amilyenek a fekete lyukak és a gravitációs hullámok, amiket a klasszikus newtoni fizikával már nem lehetett megmagyarázni.

Egy fekete lyuk művészi ábrája Forrás: Science Photo Library/MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Mark Garlick/Science Photo Libra

Ugyanígy, az általános relativitáselmélet minden sikere ellenére a gyenge gyorsulási határon lévő MOND jelenségek is új elméletet igényelnek. A széles binárisok gyorsulási anomáliái így komoly kihívást jelentenek a standard gravitációra és a kozmológiára egyaránt, amelyek jelenleg a hipotetikus sötét anyagra és a sötét energia fogalmára támaszkodnak. Mivel a gravitáció követi a MOND-ot, nincs többé szükség nagy mennyiségű sötét anyagra az eddig csak ennek a segítségével megmagyarázható folyamatok értelmezéséhez.

A kettős rendszerek gyorsulási anomáliáit nem lehet a newtoni-einsteini gravitációs modellel megmagyarázni Forrás: NASA/JPL-Caltech

Ez szintén nagy meglepetésnek bizonyult a kutatócsoport vezetője, Kyu-Hyun Chae számára,

aki tipikus tudósként maga is hitt a sötét anyagban.

Úgy tűnik, hogy a fizikában egy új forradalom veszi kezdetét. Mordehai Milgrom, a MOND „atyja", a jelenlegi eredményekről és a jövőbeli kilátásokról a következőket nyilatkozta:

Mordehai Milgrom elméleti fizikus, a MOND "atyja" Forrás: Wikimedia Commons

„Chae megállapítása a legmodernebb adatok nagyon alapos elemzésének az eredménye, amelyet - amennyire meg tudom ítélni-, nagyon aprólékosan és körültekintően végzett. De egy ilyen nagy horderejű felfedezést valóban nagyon messzemenő független elemzésekkel kell megerősíteni, lehetőleg jobb jövőbeli adatokkal. Ha ezt az anomáliát a newtoni dinamika összeomlásaként igazolják, és különösen, ha ez valóban megegyezik a MOND legegyszerűbb jóslataival, annak óriási hatása lesz az asztrofizikára, a kozmológiára és általában magára a fizikára is." Az eredeti publikáció itt, a The Astophysical Journal szaklapban olvasható el.