Newton ve Einstein’ın düşük ivme teorilerinin çöküşü

Geniş ikili dosyaların yörünge hareketlerine ilişkin bir çalışma, skaler yerçekiminin düşük ivmede çöktüğüne dair kanıtları ortaya çıkardı. Keşif, MOND adı verilen değiştirilmiş bir teori ile tutarlı ve mevcut karanlık madde kavramlarına meydan okuyor. Astrofizik, fizik ve kozmoloji üzerindeki çıkarımlar derindir ve bulgular, alandaki uzmanlar tarafından önemli bir keşif olarak kabul edilmiştir.

Yeni bir çalışma, uzun, geniş aralıklı ikili yıldızların yörünge hareketlerinin doğrulanabilir bir analizinden kaynaklanan, alt ivme sınırında rekor kıran kütleçekimsel çöküşün ikna edici kanıtlarını bildiriyor. Bu yıldızlara genellikle astronomi ve astrofizikte geniş ikili yıldızlar denir. Çalışma, Seul’deki Sejong Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan Kyu-Hyun Chae tarafından yürütüldü ve Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia uzay teleskobu tarafından tespit edilen 650 ışıkyılı (LY) içinde 26.500’e kadar geniş ikili dosya kullanıldı.

metodoloji

Diğer araştırmalara göre önemli bir gelişme için, Chai’nin çalışması, ayrılmalarının veya eşdeğer olarak yörünge periyodunun bir fonksiyonu olarak ikili yıldızların yaşadığı yerçekimi ivmelerini hesaplamaya odaklandı. Bu, gözlemlenen gökyüzü projeksiyon hareketlerinin üç boyutlu uzaya Monte Carlo projeksiyonu ile sağlandı.

Zhai şöyle açıklıyor: “En başından beri, yerçekiminin ivmeyi hesaplayarak doğrudan ve etkili bir şekilde deneyimlenebileceği bana açık göründü çünkü yerçekimi alanının kendisi bir ivmedir. Galaktik dönme eğrileriyle ilgili son araştırma deneyimlerim beni bu fikre yönlendirdi. Galaktik diskler ve geniş çiftler yörüngelerinde bazı benzerlikler paylaşıyor.” , ancak geniş ikili dosyalar çok uzun yörüngeleri takip ederken, galaktik bir diskteki hidrojen gazı molekülleri neredeyse dairesel yörüngeleri takip ediyor.”

Ayrıca Chae, diğer çalışmaların aksine, standart hızlanmada gizli enterferans yapan dahili diyotların insidans oranını kalibre etti.

Solda: örtüşen bir iç ikiliye sahip bir ikili yıldız sistemi (Kredi: Wikipedia). Sağda: 20.000 geniş ikili dosyada gözlemlenen düşük ivmede yerçekimi anomalisi.Kredi: Kyu-Hyun Chae

Bulgular

Çalışma, iki yıldızın saniyede bir nanometrenin karesinden daha az ivmeyle birbirlerinin etrafında döndüklerinde, Newton’un evrensel çekim yasası ve Einstein’ın genel göreliliğinin tahminlerinden sapmaya başladıklarını ortaya koydu. Yaklaşık 0,1 nanometre/saniye karenin altındaki ivmeler için, gözlemlenen ivme Newton-Einstein tahmininden yaklaşık yüzde 30 ila 40 daha yüksektir. Önem önemlidir ve bilimsel bir keşif için geleneksel 5 sigma kriterlerini karşılar. 650 LY mesafe limiti içindeki 20.000 geniş diyot örneğinde, iki bağımsız hızlandırıcı suşu aynı yönde sırasıyla 5 sigma değerinden fazla sapmalar sergiler.

Saniyede yaklaşık 10 nanometre kareden daha güçlü gözlemlenen ivme, aynı analizden Newton-Einstein tahminiyle iyi bir şekilde uyuştuğundan, daha düşük ivmelerde gözlemlenen ivme artışı bir muammadır. İlginç bir şekilde, en zayıf ivmede Newton-Einstein teorisinin bu çöküşü, 40 yıl önce İsrail’deki Weizmann Enstitüsünde teorik fizikçi Mordehai Milgrom tarafından Modifiye Newton Dinamiği (MOND) veya şu anki kullanımda Milgrom dinamikleri adı verilen yeni bir teorik çerçevede önerildi.

MOND bağlantısı

Yaklaşık 1,4’lük iyileştirme faktörü, Milgrom ve eski fizikçi Jacob Bekenstein tarafından önerilen, AQUAL adlı MOND tipi Lagrangian yerçekimi teorisi tarafından doğru bir şekilde tahmin edildi. Dikkat çekici olan, doğru pekiştirme faktörünün dış alanın etkisini gerektirmesidir. Samanyolu MOND tarafından değiştirilmiş benzersiz bir yerçekimi tahmini olan Galaxy. Bu nedenle, kapsamlı ikili veriler, yalnızca Newton dinamiklerinin bir dökümünü değil, aynı zamanda modüle edilmiş yerçekiminin bir dış alan etkisinin bir tezahürünü de gösterir.

Chai İçgörüsü

Sonuçlar hakkında Chai şöyle diyor: “AQUAL ile uyumlu olarak, bilinmeyen bir komplo veya metodolojinin bu ivmeölçere bağlı skaler yerçekimi çöküşlerine neden olmuş olması imkansız görünüyor. Oldukça uzun makalede açıklanan tüm sistematiği inceledim. Sonuçlar sonuçların gelecekte daha iyi ve daha büyük verilerle doğrulanıp iyileştirileceğini umuyorum. Ayrıca, şeffaflık adına ve ilgilenen herhangi bir araştırmacıya hizmet etmek için tüm kodumu yayınladım.”

Etkiler ve sınırlamalar

Gözlemlenen gelişmiş ivmenin teorik olarak standart Newton-Einstein yerçekiminde karanlık maddeye atfedilebileceği galaktik dönüş eğrilerinin aksine, geniş ikili dinamikler, mevcut olsalar bile bunlardan etkilenemez. Standart yerçekimi, MOND çerçevesine göre basitçe zayıf ivme sınırına çöker.

Geniş ikili dinamiklerin etkileri astrofizik, teorik fizik ve kozmolojide derindir. On dokuzuncu yüzyılda Merkür’ün yörüngelerinde gözlemlenen sapmalar sonunda Einstein’ın genel göreliliğine yol açtı. Artık geniş ikili dizilerdeki sapmalar, genel göreliliği MOND düşük ivme sınırına kadar genişleten yeni bir teori gerektiriyor.

Newton yerçekiminin tüm başarıları için genel görelilik, kara delikler gibi göreli yerçekimi fenomenleri için esastır. yerçekimi dalgaları. Aynı şekilde, genel göreliliğin tüm başarılarına rağmen, MOND fenomeni için zayıf ivme limitinde yeni bir teoriye ihtiyaç vardır. Zayıf yerçekimi ivmesinin felaketi, kuantum fiziğine yol açan klasik elektrodinamiğin ultraviyole felaketine bazı benzerlikler gösterebilir.

Fizikte bir devrim

Geniş ikili sapmalar, standart yerçekimi ve karanlık madde ve karanlık enerji kavramlarına dayanan bir kozmoloji için felakettir. Yerçekimi MOND’u takip ettiğinden, galaksilerdeki (ve hatta Evrendeki) büyük miktardaki karanlık maddeye artık ihtiyaç yoktur. Bu, normal bilim adamları gibi birkaç yıl öncesine kadar karanlık maddeye “inanan” Chai için büyük bir sürpriz.

Görünüşe göre fizikte yeni bir devrim yaşanıyor. Milgrom, mevcut bulgular ve gelecekteki beklentilerle ilgili olarak, “Chai’nin keşfi, yargılayabildiğim kadarıyla, büyük bir özen ve hassasiyetle yapılmış olan, son teknoloji verilerin çok derinlemesine bir analizinin sonucudur. Ancak geniş kapsamlı – ve aslında öyledir – böyle bir keşif için bağımsız analizlerle, tercihen daha iyi gelecek verileriyle doğrulamaya ihtiyacımız var. Bu anormallik Newton dinamiklerinin bir dökümü olarak doğrulanırsa ve özellikle MOND’un en doğrudan tahminleriyle gerçekten aynı fikirdeyse, astrofizik, kozmoloji ve genel olarak temel fizik için çok büyük etkileri olacaktır.”

Akran görüşleri

On yıl önce kapsamlı ikili yerçekimi testlerini ilk kez öneren Meksika’daki UNAM’da profesör olan Xavier Hernandez şöyle diyor: “Grubumun bir süredir iddia ettiği Newton yerçekiminden ayrılmanın bağımsız olarak doğrulanmış olması heyecan verici ve etkileyici. ayrıntılı bir MOND modeline tam olarak karşılık geldiği için ilk kez doğru bir şekilde ayrılış. Daha önce hiç görülmemiş Kesinlik Gaia uydusundan, Chae’nin büyük ve özenle seçilmiş örneği ve ayrıntılı analizi, sonuçlarını bir keşif olarak nitelendirilebilecek kadar güçlü kılıyor.”

Bonn Üniversitesi’nde ve Prag’daki Charles Üniversitesi’nde profesör olan Pavel Krupa, yerçekimi yasasıyla ilgili aynı sonuçlara vardı. “Geniş ikili dosyalar üzerindeki bu testin yanı sıra Güneş’e yakın açık yıldız kümeleri üzerindeki testlerimizle, veriler artık yerçekiminin Newton’dan ziyade Milgrom’a ait olduğunu ikna edici bir şekilde gösteriyor. Tüm astrofizik için çıkarımlar çok büyük.”

Keşif, 1 Ağustos 2023 sayısında yayınlandı. the Astrofizik Dergisi.

Referans: “Masif İkili Yıldızların Dahili Dinamiklerinde Düşük İvmelerde Newton-Einstein Yerçekimi Çöküşünü Kaydedin”, Kyu Hyun-chae, 24 Temmuz 2023, Buradan ulaşabilirsiniz. Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101