De zeci de ani, astronomii, fizicienii și cosmologii au teoretizat că universul este plin de un material exotic numit „materie întunecată” care explică comportamentul gravitațional ciudat al galaxiilor și al roiurilor de galaxii.
Materia întunecată, conform modelelor matematice, reprezintă trei sferturi din toată materia din univers. Dar ea nu a fost niciodată văzută sau explicată pe deplin. Și în timp ce materia întunecată a devenit teoria predominantă pentru a explica unul dintre cele mai mari mistere ale universului, unii oameni de știință au căutat explicații alternative pentru a explica de ce galaxiile acționează în felul în care o fac.
Acum, o echipă internațională de oameni de știință spune că a găsit noi dovezi că poate materia întunecată nu există cu adevărat, până la urmă.
În cercetarea publicată în noiembrie în Astrophysical Journal, oamenii de știință raportează mici discrepanțe în vitezele orbitale ale stelelor îndepărtate care, după părerea lor, dezvăluie un efect gravitațional slab – și care ar putea pune capăt ideilor predominante despre materia întunecată.
Studiul sugerează că o înțelegere științifică incompletă a gravitației se află în spatele a ceea ce pare a fi forța gravitațională a galaxiilor și a roiurilor de galaxii, mai degrabă decât nori imenși de materie întunecată.
Aceasta ar putea însemna că matematica pură, și nu materia invizibilă, ar putea explica de ce galaxiile se comportă așa cum o fac, a declarat co-autorul studiului, Stacy McGaugh, care conduce departamentul de astronomie de la Universitatea Case Western Reserve din Cleveland.
Noua cercetare raportează că semnele unei slabe maree gravitaționale, cunoscută sub numele de „efect de câmp extern” sau EFE, pot fi observate statistic în vitezele orbitale ale stelelor din peste 150 de galaxii.
Autorii spun că efectul nu poate fi explicat de teoriile materiei întunecate, dar este prezis de ceea ce este cunoscut sub numele de teoria dinamicii newtoniene modificate, sau MOND.
„Ceea ce spunem cu adevărat este că există dovezi absolute pentru o discrepanță”, a spus McGaugh. „Ceea ce vedeți nu este ceea ce obțineți, dacă tot ceea ce știți despre Newton și Einstein.”
Astronomii au presupus mult timp că stelele orbitează în jurul centrelor galaxiilor la viteze prezise de teoria gravitației formulată de fizicianul și matematicianul englez Isaac Newton cu peste 300 de ani în urmă.
Newton și-a bazat teoria sa conform căreia obiectele se atrag unele pe altele cu o forță care variază în funcție de masa lor pe observații ale orbitelor planetelor. Cu rafinamentele aduse de teoriile fizicianului de origine germană Albert Einstein în secolul al XX-lea, aceasta rămâne uimitor de precisă.
Dar observațiile efectuate în anii 1930 de către astronomul elvețian Fritz Zwicky, care lucra pe atunci la Institutul de Tehnologie din California, asupra roiului de galaxii Coma, au descoperit că acesta era supus unor forțe gravitaționale mai mari decât se aștepta – un efect pe care l-a atribuit „dunkel (kalt) materie”, care în germană înseamnă „materie întunecată (rece)”.”
Când astronomii americani Vera Rubin și Kent Ford au descoperit anomalii în orbitele stelelor din galaxii în anii 1970, mulți oameni de știință au emis teoria că acestea au fost cauzate de mase de „materie întunecată” invizibilă în interiorul și în jurul galaxiilor, iar ideea a dominat astrofizica de atunci.
Potrivit unor estimări, materia întunecată reprezintă aproximativ 85% din toată materia din univers. Se spune că interacționează cu lumina și materia vizibilă doar prin gravitație și explică anomaliile observate în galaxiile îndepărtate.
Dar nu a fost văzută niciodată și, până în prezent, nimeni nu a explicat pe deplin ce ar putea fi, deși printre candidații la materia întunecată se numără particulele masive cu interacțiune slabă, sau WIMPS, găurile negre primordiale și neutrinii.
MOND a fost formulat în anii 1980 de un fizician israelian, Mordehai Milgrom, pentru a explica discrepanțele observate fără materie întunecată.
Propune că gravitația provoacă o accelerație foarte mică, care nu a fost prezisă de Newton și Einstein, la niveluri atât de scăzute încât poate fi observată doar în obiecte de mărimea unei galaxii; și ar însemna că nu este necesară explicația materiei întunecate.
Până în prezent, MOND a supraviețuit mai multor teste științifice – deși mulți oameni de știință spun că nu poate explica observațiile privind clusterul Bullet de galaxii care se ciocnesc, de exemplu.
McGaugh admite că MOND este un punct de vedere minoritar în astrofizică și că majoritatea oamenilor de știință sunt în favoarea existenței materiei întunecate – o idee pe care el însuși a favorizat-o, până când a început să se răzgândească în urmă cu aproximativ 25 de ani.
„Cândva aș fi spus aceleași lucruri: este absolut dovedit că există materie întunecată, nu vă faceți griji în legătură cu aceasta”, a spus el.
Dar multe dintre predicțiile MOND au fost văzute în observațiile astronomice, iar cele mai recente cercetări sunt încă o dovadă în plus pentru aceasta, a spus el.
„MOND este singura teorie care a reușit în acest fel”, a spus McGaugh. „Este singura teorie pentru care, în mod obișnuit, toate predicțiile s-au adeverit.”
Noile cercetări ridică „o problemă foarte interesantă”, a declarat Matthias Bartelmann, profesor de astrofizică teoretică la Universitatea Heidelberg din Germania, care nu a fost implicat în studiu.
„Poate materia întunecată să fie explicată printr-o lege diferită a gravitației? Ar fi extrem de important pentru cosmologie, precum și pentru fizica particulelor, dacă ar putea”, a declarat el într-un e-mail.
El are îndoieli, totuși, că „efectul de câmp extern” raportat în noua cercetare este cu adevărat o predicție unică a MOND și că nu poate fi explicat de unele teorii concurente.
Și din moment ce teoria MOND a fost formulată pentru a explica discrepanțele de rotație din galaxii, testarea ei pe galaxii ar fi de așteptat să dea rezultate convingătoare; în schimb, MOND trebuie să fie testată cu succes pe alte obiecte, cum ar fi roiurile de galaxii, a spus el.
.