На этом рисунке показан диапазон проецируемого на небо расстояния s, соответствующий диапазону перехода Ньютона-МОНД при ускорении. На вставке показано кеплеровское предсказание диапазона орбитальных периодов для широких двойных систем Гайи, использованное в Чае (2023a) и в этом исследовании. Фото: Астрофизический журнал (2024 г.). DOI: 10.3847/1538-4357/ad0ed5
Новое исследование, опубликованное в «Астрофизическом журнале», раскрывает новые доказательства того, что стандартная гравитация разрушается своеобразным образом при низком ускорении. Это новое исследование подтверждает доказательства модифицированной гравитации, о которых ранее сообщалось в 2023 году на основе анализа орбитальных движений гравитационно связанных, широко разделенных (или длиннопериодических) двойных звезд, известных как широкие двойные системы.
Новое исследование было проведено Кю-Хён Че, профессором физики и астрономии из Университета Седжон в Сеуле, Южная Корея, при помощи широких двойных систем, наблюдаемых с помощью космического телескопа Gaia Европейского космического агентства.
Гравитационные аномалии, обнаруженные в 2023 году в ходе исследования широких двойных систем Че, имеют уникальную особенность: орбитальные движения в двойных системах испытывают большие ускорения, чем предсказания Ньютона, когда взаимное гравитационное ускорение слабее, чем примерно 1 нанометр в секунду в квадрате, а коэффициент усиления ускорения становится примерно 1,4 при ускорениях. ниже примерно 0,1 нанометра на секунду в квадрате.
Это повышенное ускорение в широких двойных системах не может быть объяснено ссылкой на необнаруженную темную материю, поскольку о требуемой плотности темной материи не может быть и речи, основываясь на галактической динамике и космологических наблюдениях.
Примечательно, что повышенное ускорение хорошо согласуется с тем, что предсказывают модифицированные теории гравитации типа MOND (модифицированная ньютоновская динамика), такие как AQUAL, в условиях воздействия внешнего поля Млечного Пути. Парадигма MOND была предложена физиком Мордехаем Милгромом, а теория AQUAL была сформулирована им и покойным физиком Якобом Бекенштейном 40 лет назад.
Поскольку гравитационно-связанные астрофизические системы, такие как галактики и скопления галактик, а также сама Вселенная, управляются гравитацией, нарушение стандартной гравитации при низком ускорении имеет глубокие последствия для астрофизики и космологии. Таким образом, невозможно переоценить важность подтверждения или воспроизведения сообщенной аномалии на основе как можно большего количества независимых исследований. Это привело Че к независимому исследованию широких двойных систем, хотя и на основе той же базы данных Гайи.
Новое исследование Че сосредоточилось на чистой выборке «чистых» широких двойных систем путем удаления всех систем, которые потенциально содержат ненаблюдаемые дополнительные звезды. Мотивация заключалась в том, чтобы избежать бремени (и связанных с этим потенциальных ошибок) вычислений скрытых дополнительных гравитационных эффектов и сравнить результаты чистого образца с более ранними результатами.
Че консервативно отобрал до 2463 чистых двоичных файлов, что составляет менее 10% выборки, использованной в предыдущем исследовании. Поскольку ожидаемая доля чистых двойных систем среди явно двойных систем составляет не менее 50%, эта гораздо меньшая доля означает, что отбор был достаточно строгим.
Че применил два алгоритма для проверки гравитации на выборке чистых двойных систем. В одном алгоритме, который изначально был разработан на основе более ранней работы для обычных или «нечистых» образцов, он использовал метод Монте-Карло для расчета (распределения вероятностей) наблюдаемого кинематического ускорения, определяемого квадратом относительной скорости по физическому разделению в реальном времени. трехмерное пространство как функцию ньютоновского гравитационного ускорения между двумя звездами, а затем сравнил его с соответствующим ньютоновским предсказанием кинематического ускорения.
В другом алгоритме, более простом и подходящем для чистых двойных звезд, Че сравнил наблюдаемое распределение проецируемых на небо относительных скоростей между двумя звездами относительно проецируемых на небо расстояний с распределением, предсказанным Ньютоном, с помощью метода Монте-Карло.
Оба алгоритма дают последовательные результаты, которые хорошо согласуются с гравитационной аномалией, о которой сообщалось ранее. Наблюдаемое ускорение или относительная скорость между двумя звездами естественным образом удовлетворяет стандартной гравитации Ньютона-Эйнштейна при достаточно малом расстоянии или достаточно высоком ускорении.
Однако наблюдаемое ускорение или относительная скорость начинает отклоняться от предсказания Ньютона при расстоянии около 2000 а.е. (астрономических единиц) и ускорении около 1 нанометра в секунду в квадрате. Затем наблюдается почти постоянное увеличение ускорения примерно на 40–50 % или увеличение относительной скорости на 20 % при расстоянии более примерно 5000 а.е. или ускорении менее примерно 0,1 нанометра в секунду в квадрате, вплоть до зондируемого предела примерно в 20 000 а.е. или 0,01 нанометра на секунду в квадрате.
Новые результаты Че хорошо согласуются с независимым результатом группы Ксавьера Эрнандеса, который по совпадению в настоящее время находится на стадии производства. Это важно, поскольку группа Эрнандеса отобрала свою выборку совершенно независимо от выбора Че и использовала независимый алгоритм (отличный от двух алгоритмов Ча), основанный на полном распределении относительных скоростей для их чистых широких бинарных пар.
О значимости результатов Че говорит: «Когда я получил прямые доказательства гравитационной аномалии с низким ускорением в 2023 году, мне показалось, что я сплю. Учитывая, что у меня есть независимые доказательства от в десять раз меньшей выборки чистых двойных систем, двух разных алгоритмов, теперь я могу лучше увидеть загадочную реальность гравитации. Эти новые результаты — еще одно ошеломляющее зрелище».
Че также отмечает, что эта новая выборка явно свободна от каких-либо опасений по поводу качества данных, которые до сих пор поднимались в литературе. Че далее разъясняет недавнее противоречивое заявление Индранила Баника и соавторов, говоря: «Их методология и результаты имеют много проблем. Их вывод недействителен, среди прочего, по двум основным причинам».
«При отборе выборки они сознательно исключили двойные системы с ньютоновским режимом, которые имеют решающее значение для точной калибровки частоты возникновения систем, содержащих скрытые дополнительные компоненты. Затем они использовали специальный статистический алгоритм моделирования скоростей, чтобы сделать вывод о гравитации, частоте возникновения, и другие параметры одновременно, но игнорировали ошибки скорости, хотя они жизненно важны для их алгоритма».
Че заключает: «По крайней мере, три независимых количественных анализа, проведенных двумя независимыми группами, выявляют, по сути, одну и ту же гравитационную аномалию. Гравитационная аномалия реальна, и новый сдвиг научной парадигмы уже в пути».
Наблюдаемая гравитационная аномалия удивительно хорошо согласуется с феноменологией гравитации типа МОНД (милгромианская). Однако основные теоретические возможности, охватывающие феноменологию гравитации типа МОНД, в настоящее время открыты, и это может быть долгожданной новостью для физиков-теоретиков и математиков.
Широкая двойная гравитационная аномалия напоминает аномалию прецессии перигелия Меркурия, впервые наблюдавшуюся в девятнадцатом веке. Последнее привело к созданию релятивистской теории гравитации Эйнштейна. К какой фундаментальной теории приведет первая?
Информация от: Университетом Седжон
