Учитывая, что нам по-прежнему не удается обнаружить частицы темной материи, стоит рассмотреть альтернативы. Хотя темная материя является наиболее широко поддерживаемой моделью, альтернативы делятся на два основных пути. Во-первых, нам следует обратиться к расширенным моделям общей теории относительности, таким как конформная гравитация. Другой утверждает, что мы должны изменить саму природу ньютоновской динамики. Первый подход, как правило, популярен среди теоретиков, поскольку он фокусируется на абстрактной теории в том же духе, что и оригинальные идеи Эйнштейна. Второй вариант, часто известный как «Модифицированная ньютоновская динамика» или MoND, имеет тенденцию быть более популярным среди астрономов-наблюдателей.
МОНД имеет долгую историю в астрономии. Впервые он был предложен еще в начале 1980-х годов Мордехаем Милгромом как способ объяснить кривые вращения галактик. В нашей Солнечной системе далекие планеты вращаются вокруг Солнца медленнее, чем близкие планеты, что прекрасно согласуется с законом всемирного тяготения Ньютона. Но звезды в галактиках вращаются вокруг центра галактики примерно с одинаковой скоростью, независимо от расстояния. Объяснение темной материи заключается в том, что большая часть массы галактики распределена в виде гало вокруг галактики, мы просто не можем его видеть, потому что темная материя не взаимодействует со светом. MOND утверждает, что знаменитое уравнение Ньютона F = ma — это лишь приближение, которое работает для более крупных сил. Для чрезвычайно малых сил, таких как галактическое притяжение звезды, ускорение отклоняется ровно настолько, чтобы соответствовать кривой галактического вращения.
Если это звучит как брехня, то так оно и есть. Оно нарушает фундаментальные физические законы, плохо сочетается со специальной теорией относительности и имеет множество других проблем. Но важно помнить, что изначально это было предложено как доказательство концепции, а не как надежная теория. То же самое происходило и с темной материей в первые годы ее существования.
Одна из причин отсутствия популярности МОНД заключается в том, что это не теория поля. Электромагнетизм, теория относительности, квантовая теория и другие рассматривают физические величины как поля, что позволяет физикам применять все виды современного математического анализа. Поскольку MOND не является теорией поля, ему не хватает глобальной структуры, которая бы поставила его на равные условия, если вы простите за каламбур. Но существует вариант MoND, известный как AQUAL, что означает квадратичный лагранжиан. Предсказания AQUAL немного отличаются от предсказаний MoND, но AQUAL — это теория поля, поэтому она популярна среди противников темной материи. Существует также релятивистское расширение AQUAL, известное как тензорно-векторно-скалярная гравитация (TeVeS).
Хотя AQUAL не пользуется популярностью в научном сообществе, это действительная и проверяемая модель. Большинство предсказаний, которые он делает, также сделаны с помощью моделей темной материи, но есть и другие, которые отличаются. Один из них заключается в том, что кривая вращения галактики должна иметь излом, поскольку эффект MoND становится более доминирующим, и в 2022 году это наблюдалось более чем в 100 галактиках. Теперь исследование двойных звезд, кажется, снова подтверждает существование AQUAL.
Вместо галактик в этом исследовании рассматривались широкие двойные системы. Это двойные звезды, вращающиеся вокруг друг друга на больших расстояниях. Поскольку гравитационное притяжение между звездами невелико, ньютоновская гравитация и AQUAL делают несколько разные предсказания об их движении. А поскольку темная материя не оказывает сильного влияния на масштаб звездных систем, она предсказывает, что звезды должны следовать ньютоновскому движению.
Взяв данные космического телескопа Гайя, автор проанализировал орбитальное движение 26 500 широких двойных систем и сравнил гравитационные ускорения звезд с их орбитальным расстоянием. При больших ускорениях орбиты согласуются как с гравитацией AQUAL, так и с ньютоновской гравитацией, но при меньших ускорениях двойные орбиты отклоняются от ньютоновской точно так, как предсказывает AQUAL. Другими словами, для тысяч бинарных систем AQUAL является лучшей моделью их движения, чем модель Ньютона. Казалось бы, это противоречит моделям темной материи.
Это всего лишь одно исследование, и автор старается не делать смелых заявлений. Но это очень интересный результат. Темная материя остается лучшей теорией для таких вещей, как скопление галактик и эффекты гравитационного линзирования, но кажется очевидным, что AQUAL — это претендент, которого нельзя легко игнорировать.
Ссылка: Че, Кю-Хен. «Нарушение стандартной гравитации Ньютона-Эйнштейна при малом ускорении во внутренней динамике широких двойных звезд». Астрофизический журнал 952 (2023): 128.
