A csillagászok, fizikusok és kozmológusok évtizedek óta azt feltételezik, hogy a világegyetem tele van egy “sötét anyagnak” nevezett egzotikus anyaggal, amely megmagyarázza a galaxisok és galaxishalmazok furcsa gravitációs viselkedését.
A matematikai modellek szerint a sötét anyag teszi ki a világegyetemben lévő anyag háromnegyedét. De még sosem látták, vagy nem sikerült teljesen megmagyarázni. És miközben a sötét anyag vált az uralkodó elméletté az univerzum egyik nagyobb rejtélyének magyarázatára, néhány tudós alternatív magyarázatot keresett arra, hogy a galaxisok miért viselkednek úgy, ahogyan viselkednek.
Most egy nemzetközi tudóscsoport azt állítja, hogy új bizonyítékot talált arra, hogy talán a sötét anyag mégsem létezik.
A novemberben az Astrophysical Journalban megjelent kutatásban a tudósok a távoli csillagok keringési sebességének apró eltéréseiről számolnak be, amelyek szerintük egy gyenge gravitációs hatásról árulkodnak – és amely véget vethet a sötét anyaggal kapcsolatos uralkodó elképzeléseknek.
A tanulmány szerint a gravitáció hiányos tudományos megértése áll a galaxisok és galaxishalmazok gravitációs erejének látszólag inkább, mint a sötét anyag hatalmas felhői mögött.
Ez azt jelentheti, hogy a tiszta matematika, és nem a láthatatlan anyag magyarázhatja, hogy a galaxisok miért viselkednek úgy, ahogyan viselkednek, mondta a tanulmány társszerzője Stacy McGaugh, aki a clevelandi Case Western Reserve University csillagászati tanszékét vezeti.
Az új kutatás arról számol be, hogy egy gyenge gravitációs hullámzás jelei, az úgynevezett “külső mezőhatás” vagy EFE, statisztikailag megfigyelhető a csillagok keringési sebességében több mint 150 galaxisban.
A szerzők szerint a hatás nem magyarázható a sötét anyag elméletekkel, de az úgynevezett módosított newtoni dinamikai elmélet, vagy MOND megjósolja.
“Amit valójában mondunk, az az, hogy abszolút bizonyíték van az ellentmondásra” – mondta McGaugh. “Amit látunk, az nem az, amit kapunk, ha csak Newtont és Einsteint ismerjük.”
A csillagászok sokáig azt feltételezték, hogy a csillagok olyan sebességgel keringenek a galaxisok középpontja körül, amit az angol fizikus és matematikus, Isaac Newton által több mint 300 évvel ezelőtt megfogalmazott gravitációs elmélet jósol.”
Newton a bolygók pályáinak megfigyeléseire alapozta elméletét, miszerint a tárgyak a tömegüknek megfelelően változó erővel vonzzák egymást. A német származású fizikus, Albert Einstein 20. századi elméleteinek finomításával ez az elmélet ma is megdöbbentően pontos.
Az 1930-as években Fritz Zwicky svájci csillagász, aki akkoriban a Kaliforniai Technológiai Intézetben dolgozott, a Coma galaxishalmazon végzett megfigyelései során azonban azt tapasztalta, hogy a vártnál nagyobb gravitációs erő hat rá – ezt a hatást a “dunkel (kalt) materie”-nek tulajdonította, ami németül sötét (hideg) anyagot jelent.”
Amikor Vera Rubin és Kent Ford amerikai csillagászok az 1970-es években rendellenességeket találtak a galaxisokban lévő csillagok pályáin, sok tudós azt feltételezte, hogy ezeket a galaxisokon belül és körül a láthatatlan “sötét anyag” tömegei okozzák, és ez az elképzelés azóta is uralja az asztrofizikát.
Egyes becslések szerint a sötét anyag az univerzumban lévő összes anyag mintegy 85 százalékát teszi ki. Azt mondják, hogy csak a gravitáción keresztül lép kölcsönhatásba a fénnyel és a látható anyaggal, és ez magyarázza a távoli galaxisokban megfigyelt anomáliákat.
De még soha nem látták, és eddig senki sem magyarázta meg teljesen, hogy mi lehet, bár a sötét anyag jelöltjei közé tartoznak a gyengén kölcsönható masszív részecskék, vagy WIMPS, az ősi fekete lyukak és a neutrínók.
A MOND-ot egy izraeli fizikus, Mordehai Milgrom fogalmazta meg az 1980-as években, hogy a sötét anyag nélkül is megmagyarázza a megfigyelt eltéréseket.
A javaslat szerint a gravitáció egy nagyon kis, Newton és Einstein által nem megjósolt gyorsulást okoz, olyan alacsony szinten, hogy az csak galaxis méretű objektumoknál látható; és ez azt jelentené, hogy nincs szükség a sötét anyag magyarázatára.
A MOND eddig számos tudományos tesztet túlélt – bár sok tudós szerint nem tudja megmagyarázni például az ütköző galaxisok Bullet-halmazának megfigyeléseit.
McGaugh elismeri, hogy a MOND kisebbségi nézet az asztrofizikában, és hogy a legtöbb tudós a sötét anyag létezését támogatja – ezt az elképzelést ő maga is támogatta, amíg körülbelül 25 évvel ezelőtt meg nem kezdte megváltoztatni a véleményét.
“Valamikor ugyanezt mondtam volna: teljesen bizonyított, hogy van sötét anyag, ne aggódjatok emiatt” – mondta.
A MOND számos jóslatát látták már a csillagászati megfigyelésekben, és a legújabb kutatások újabb bizonyítékot szolgáltatnak mellette – mondta.
“A MOND az egyetlen elmélet, amely ilyen módon sikeres volt” – mondta McGaugh. “Ez az egyetlen elmélet, amelynek rutinszerűen minden előrejelzése valóra vált.”
Az új kutatás “egy nagyon érdekes kérdést vet fel” – mondta Matthias Bartelmann, a németországi Heidelbergi Egyetem elméleti asztrofizika professzora, aki nem vett részt a tanulmányban.
“A sötét anyagot meg lehet magyarázni egy másik gravitációs törvénnyel?”. A kozmológia és a részecskefizika számára is az lenne a legfontosabb, ha igen” – mondta egy e-mailben.
Kétségei vannak azonban afelől, hogy az új kutatásban közölt “külső mezőhatás” valóban a MOND egyedi előrejelzése, és hogy nem magyarázható meg néhány konkurens elmélettel.
És mivel a MOND elméletet a galaxisok forgási eltéréseinek magyarázatára fogalmazták meg, a galaxisokon való tesztelése várhatóan meggyőző eredményeket adna; ehelyett a MOND-t más objektumokon, például galaxishalmazokon kellene sikeresen tesztelni, mondta.
Mivel a MOND-t más objektumokon, például galaxishalmazokon kellene sikeresen tesztelni.