Este artículo fue publicado originalmente en Conversación. La publicación fue aportada por Space.com. Voces de expertos: editorial y perspectivas.
Indranil Panik Es investigador postdoctoral en Astrofísica en la Universidad de St Andrews.
Harry Desmond Es investigador principal en cosmología en la Universidad de Portsmouth.
Uno de los mayores misterios en Astrofísica Hoy en día es que las fuerzas en las galaxias no parecen acumularse. Las galaxias giran mucho más rápido de lo que se esperaría si se aplicara la ley de gravitación de Newton a la materia visible, aunque estas leyes funcionan bien en todas partes del sistema solar.
Para evitar que las galaxias desaparezcan, algunas son extra gravedad Y hay una necesidad. Por eso se propuso por primera vez la idea de la existencia de una sustancia invisible llamada materia oscura. Pero nadie ha visto nunca estas cosas. No hay partículas en gran éxito. Forma estándar Física de partículas que podría ser Materia oscura -Debe ser algo completamente extraño.
Esto ha llevado a la idea contraria de que las discrepancias galácticas son causadas por una falla de las leyes de Newton. La más exitosa de esta idea se conoce como dinámica milgromiana. lunesPropuesta por el físico israelí Mordehai Milgrom en 1982. Pero nuestra investigación reciente muestra que esta teoría tiene un problema.
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La principal suposición de Mond es que la gravedad comienza a comportarse de manera diferente a lo que Newton predijo cuando se vuelve muy débil, como en los bordes de las galaxias. Mond tiene mucho éxito en Predecir la rotación galáctica Sin materia oscura, tiene algunos otros éxitos. Pero muchos de ellos también pueden explicarse por la materia oscura, manteniendo las leyes de Newton.
Entonces, ¿cómo sometemos a Mond a una prueba final? Hemos seguido esto durante muchos años. La clave es que MOND cambia el comportamiento de la gravedad sólo a bajas aceleraciones y no a una distancia específica del objeto. Sentirás menos aceleración en las afueras de cualquier cuerpo celeste (un planeta, una estrella o una galaxia) que cuando estés cerca de él. Pero es la magnitud de la aceleración, no la distancia, la que predice dónde debería ser más fuerte la gravedad.
Esto significa que, aunque los efectos MOND suelen comenzar a varios miles de años luz de distancia de la galaxia, si miramos una sola estrella, los efectos se vuelven más significativos a una décima de milisegundo. Año luz. Esto es sólo unos pocos miles de veces más grande que unidad astronómica (AU) – la distancia entre Tierra Y el sol. Pero los efectos MOND más débiles también deberían ser detectables a escalas más pequeñas, como en el nivel exterior. Sistema solar.
Esto nos lleva a misión cassinique giró Saturno Entre 2004 y su ardiente colisión final con el planeta en 2017. Saturno orbita el sol A las 10 UA. Debido a la excentricidad de Mound, la gravedad del resto de nuestra galaxia debería hacer que la órbita de Saturno se desvíe de las expectativas newtonianas de alguna manera sutil.
Esto se puede comprobar cronometrando pulsos de radio entre la Tierra y Cassini. Como Cassini estaba orbitando Saturno, esto sucedió Ayudó a medir la distancia entre la Tierra y Saturno. Nos permitió rastrear con precisión la órbita de Saturno. Pero Cassini no encontró anomalías del tipo esperado en Mound. A Newton todavía le va bien con Saturno.
Uno de nosotros, Harry Desmond, Recientemente publicó un estudio Estudie los resultados con más profundidad. ¿Quizás MOND se ajustaría a los datos de Cassini si modificáramos cómo se calculan las masas de las galaxias según su brillo? Esto afectaría la cantidad de impulso gravitacional que MOND tendría que proporcionar para ajustarse a los modelos de rotación de la galaxia y, por tanto, a lo que deberíamos esperar de la órbita de Saturno.
Otra causa de incertidumbre es la gravedad de las galaxias circundantes, que tiene un ligero efecto. Pero el estudio demostró que debido a la forma en que MOND funciona para ajustar los modelos de rotación galáctica, tampoco puede ajustarse a los resultados de seguimiento de radio de Cassini, sin importar cómo modifiquemos los cálculos.
Con las suposiciones estándar que los astrónomos consideran más probables, que permiten una amplia gama de incertidumbres, la probabilidad de que Mound coincida con los resultados de Cassini es la misma que la probabilidad de que una moneda lanzada al aire caiga 59 veces seguidas. Esto es más del doble del estándar de oro «5 sigma» para un descubrimiento científico, que corresponde a aproximadamente 21 lanzamientos de moneda seguidos.
Más malas noticias para Mond
Ésta no es la única mala noticia para Mond. Otra prueba está ampliamente disponible. estrellas binarias Dos estrellas que orbitan alrededor de un centro común separadas por varios miles de unidades astronómicas. lunes Y el esperaba que me gusta estrellas Deberían orbitarse entre sí un 20% más rápido de lo esperado según las leyes de Newton. Pero uno de nosotros, Indranil Panik, dirigió recientemente un estudio muy detallado sobre este tema. Fuera de las leyes Esta expectativa. La probabilidad de que Mond tenga razón dados estos resultados es la misma que la probabilidad de que la moneda caiga bastante 190 veces seguidas.
Los resultados de otro equipo también muestran a Mond fallar Explicar los pequeños objetos encontrados en el lejano sistema solar exterior. cometas Los que vienen de allí tienen una distribución de energía mucho más estrecha de lo que Mond esperaba. Estos objetos también tienen órbitas que suelen estar ligeramente inclinadas con respecto al plano alrededor del cual orbitan todos los planetas. Mond puede hacer que las tendencias sean mucho mayores.
La gravedad newtoniana se ve fuertemente favorecida sobre la gravedad de Mound en escalas de longitud inferiores a aproximadamente un año luz. Pero MOND también falla en escalas mayores que las galaxias: no puede explicar los movimientos dentro de los cúmulos de galaxias. La materia oscura fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en la década de 1930 para explicar los movimientos aleatorios de las galaxias dentro de un cúmulo en coma, que requería una mayor gravedad para mantenerlas unidas que la que puede proporcionar la masa visible.
El mundo tampoco puede proporcionar suficiente gravedad, al menos en las regiones centrales de los cúmulos de galaxias. Pero en sus suburbios, Mond ofrece demasiado gravedad. Asumir la gravedad newtoniana, que contiene cinco veces la cantidad de materia oscura que la materia normal, parece proporcionar una solución buen ajuste A los datos.
El modelo estándar de materia oscura. Cosmología Sin embargo, no es perfecto. hay cosas Ella lucha por explicarde UniversoTasa de expansión de estructuras cósmicas gigantes. Por lo tanto, es posible que aún no tengamos el modelo perfecto. La materia oscura parece haber llegado para quedarse, pero su naturaleza puede ser diferente de lo que sugiere el Modelo Estándar. O la gravedad puede ser en realidad más fuerte de lo que pensamos, pero sólo a escalas muy grandes.
Sin embargo, en última instancia, MOND, en su forma actual, ya no puede considerarse una alternativa viable a la materia oscura. Puede que no nos guste, pero el lado oscuro todavía tiene el control.
Originalmente publicado En conversación.
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