Newton’un Yerçekimi Yasaları Yanlış mı: Araştırmacıların Gözlem Gizemleri

Keşif klasik varsayımlarla açıklanamaz.

Uluslararası bir astrofizik ekibi, bazı yıldız kümelerini analiz ederken şaşırtıcı bir keşif yaptı. Araştırmacılar, yayınlarında bu keşif Newton’un yerçekimi yasalarına meydan okuyor. Bunun yerine, gözlemler alternatif bir yerçekimi teorisinin tahminleriyle tutarlıdır. Ancak, bu uzmanlar arasında tartışmalıdır. Sonuçlar, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimlerinde yayınlandı. Bonn Üniversitesi bu çalışmada önemli bir rol oynadı.

Araştırmacılar, çalışmalarında, sarmal ve düzensiz gökadalarda bulunan birkaç düzine ila birkaç yüz yıldızdan oluşan bağlantısız grupları, sözde açık yıldız kümelerini araştırdılar. Açık kümeler, büyük bir gaz bulutunda kısa bir süre içinde binlerce yıldız doğduğunda oluşur. “Tutuştuğunda”, galaksiden yeni gelenler bir gaz bulutunun kalıntılarını havaya uçurur. Bu süreçte, kütle önemli ölçüde genişler. Bu, birkaç on ila birkaç bin yıldızdan oluşan gevşek bir oluşum yaratır. Kütle, kendi aralarında hareket eden zayıf yerçekimi kuvvetleri tarafından bir arada tutulur.

Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Profesör Dr. Pavel Krupa, “Çoğu durumda, açık yıldız kümeleri erimeden sadece birkaç yüz milyon yıl önce yaşarlar” diye açıklıyor. Bu süreçte, “gelgit kuyruklarında” biriken yıldızlar düzenli olarak kaybolur. Bu kuyruklardan biri, uzayda seyahat ederken bloğun arkasına çekilir. Sırayla, diğeri bir mızrak ucu gibi liderliği alır.

Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. Dr. Pavel Krupa. Kredi: Volker Lanert/Bonn Üniversitesi

Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsünden Dr. “Yani her iki uç da yaklaşık olarak aynı sayıda yıldız içermelidir. Ancak, çalışmamızda bunun doğru olmadığını ilk kez kanıtlayabildik: İncelediğimiz gruplarda, ön kuyruk her zaman kütleye yakın daha fazla yıldız içerir. arka kuyruktan daha “.

Yıldızları hesaplamak için yeni bir yöntem geliştirildi

Kütleye yakın milyonlarca yıldız arasından hangilerinin kuyruklarına ait olduğunu belirlemek şimdiye kadar neredeyse imkansızdı. Dr. Teresa Yarabkova, “Bunu yapmak için hareketin hızına ve yönüne ve bu nesnelerin her birinin yaşına bakmalısınız” diye açıklıyor. Doktora derecesini Kroupa grubundan alan araştırma ortak yazarı, kısa süre önce şuradan taşındı: Avrupa Uzay Ajansı (ESA) Garching’deki Avrupa Güney Gözlemevi için. Kuyruklarındaki yıldızları ilk kez doğru bir şekilde saymasını sağlayan bir yöntem geliştirdi. “Şimdiye kadar, dördü bizim tarafımızdan dahil olmak üzere yakınımızda beş açık küme araştırıldı” diyor. “Tüm verileri analiz ettiğimizde mevcut teori ile çelişki ile karşılaştık. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia görevi Bunun için vazgeçilmez.”

Hyades yıldız kümesinde (üstte), ön gelgit kuyruğundaki yıldızların (siyah) sayısı arkadakinden çok daha fazladır. MOND ile bir bilgisayar simülasyonunda (aşağıda) benzer bir resim belirir. Kredi: AG Kroupa / Uni Bonn

Buna karşılık, gözlemsel veriler kısaca teoriye daha iyi uyuyor. MOND (“Değiştirilmiş Newton Dinamiği”) uzmanlar arasında. Kroupa, “Basitçe söylemek gerekirse, MOND’a göre yıldızlar bir grubu iki farklı kapıdan terk edebilir,” diye açıklıyor. “Biri kuyruk gelgitini arkaya, diğeri öne götürür. Ancak, birincisi ikincisinden çok daha dardır – bu nedenle yıldızın içinden kütle bırakması pek olası değildir. Öte yandan Newton’un yerçekimi teorisi, her ikisinin de kapılar aynı genişlikte olmalıdır “.

Yıldız kümeleri, Newton yasalarının öngördüğünden daha kısa ömürlüdür

Astrofizikçilerden oluşan ekip, MOND’a göre beklenen yıldız dağılımını hesapladı. İlgili simülasyonlarda önemli bir rol oynayan Dr. Ingo Thies, “Sonuçlar, gözlemlerle şaşırtıcı bir şekilde tutarlı” diyor. Ancak, bunu yapmak için nispeten basit aritmetik yöntemlere başvurmak zorunda kaldık. Şu anda, Değiştirilmiş Newton dinamiğinin daha ayrıntılı analizlerini yapmak için matematiksel araçlardan yoksunuz.” Ancak, simülasyonlar diğer yandan gözlemlerle de çakıştı: normalde açık yıldız kümelerinin ne kadar süre kalması gerektiğini tahmin ettiler.Bu süre, beklenenden çok daha kısa. Kroupa, “Bu, uzun zamandır bilinen bir gizemi açıklıyor” diyor ve ekliyor: “Özellikle, yakın galaksilerdeki yıldız kümeleri olması gerekenden daha hızlı bir şekilde kayboluyor gibi görünüyor.”

Ancak, MOND teorisi uzmanlar arasında tartışmasız değildir. Newton’un yerçekimi yasaları belirli koşullar altında geçerli olmayacağından, değiştirilmesi gerekeceğinden, bunun fiziğin diğer alanları için de geniş kapsamlı sonuçları olacaktır. Bonn Üniversitesi’nde Disiplinlerarası Modelleme ve Madde Araştırma Alanları’nın bir üyesi olan Kroupa, “Öyleyse, kozmolojinin bugün karşılaştığı sorunların çoğunu çözüyor” diye açıklıyor. Astrofizikçiler şimdi daha doğru simülasyonlar için yeni matematiksel yöntemler araştırıyorlar. Daha sonra MOND teoreminin doğru olup olmadığı hakkında daha fazla kanıt bulmak için kullanılabilirler.

Referans: Pavel Karpa, Teresa Yarabkova, Ingo Theis, Jan Pvalam-Altenberg, Benoit Famy, Henry MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Beccari tarafından “Açık Yıldız Kümelerinin Asimetrik Gelgit Kuyrukları: Brah Kümelerine Meydan Okuyan Yıldızlar Newtonian Yerçekimine Karşı” , Christian Boyle, Hossein Hajji, Zuven Wu, Jaroslav Hass, Akram Hosni Zunuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Uber ve J Arsith Ambassador, 26 Ekim 2022, Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Çalışma, Bonn Üniversitesi’ne ek olarak, Avrupa Güney Gözlemevi’ndeki Prag’daki Charles Üniversitesi’ni de içeriyordu ([{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.

The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.