"หาง" ของกระจุกดาวขัดแย้งกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วง: อะไรคือทางเลือกอื่น

ทีมนักวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัย Beaune ได้ทำการศึกษาเรื่องกระจัดกระจายในวงกว้าง

กระจุกดาว นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าผลลัพธ์ของการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่สามารถอธิบายได้ในแง่ของหลักการดั้งเดิมของกฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตัน

ปรากฎว่าการกระจายตัวของดาวเกิดใหม่ในกลุ่มดังกล่าวมีลักษณะที่ไม่สุ่มทำนายตามทฤษฎี สิ่งนี้สามารถอธิบายได้หากเราพิจารณาหลักการของแรงโน้มถ่วงและละทิ้งแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของสสารมืด

กระจุกดาวเปิด

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เรียกกระจุกดาวกลุ่มดาวที่เชื่อมต่อด้วยสายตา ซึ่งรวมตัวกันด้วยแหล่งกำเนิดร่วมกัน และเคลื่อนที่ในสนามโน้มถ่วงของดาราจักรโดยรวม นักวิจัยแยกแยะกระจุกดังกล่าวสองประเภทหลัก: ทรงกลมและกระจัดกระจาย ครั้งแรกของพวกเขาเชื่อมต่อกันด้วยแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังและสร้างโครงสร้างที่คล้ายกับทรงกลม ประกอบด้วยดาวฤกษ์เก่าแก่จำนวนมากและมีเสถียรภาพในระยะยาว

กระจุกดาวเปิดได้แก่เมฆฝุ่นและก๊าซที่ดาวฤกษ์อายุน้อยหลายพันดวงถือกำเนิดขึ้น ในกรณีส่วนใหญ่ กระจุกดาวเปิดคงอยู่เพียงไม่กี่ร้อยล้านปีก่อนที่จะถูกทำลายโดยเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ที่เคลื่อนผ่านกาแลคซี

ในกรณีนี้ ดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่จะสร้าง "หางน้ำขึ้นน้ำลง" สองอัน หนึ่งในนั้นเดินตามหลังคลัสเตอร์ขณะที่เคลื่อนผ่านอวกาศ ตรงกันข้ามเหมือนเป็นจุดแบ่งทาง

ตามกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน การกระจายตัวดาวแรกเกิดระหว่างหางเหล่านี้จะต้องสุ่ม ดังนั้นทั้งก่อนและหลังกระจุกดาวจึงควรมีจำนวนดาวเท่ากันโดยประมาณ

กระจุกดาวเปิด NGC265 ภาพ: ESA และ NASA รับทราบ: E. Olszewski (มหาวิทยาลัยแอริโซนา) โดเมนสาธารณะ ผ่าน Wikimedia Commons

การทดลอง

ความซับซ้อนของการวิเคราะห์เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าในหมู่มีดาวหลายล้านดวงที่อยู่ใกล้กับกระจุกดาว เป็นการยากที่จะระบุดาวที่เป็นหางของมัน เพื่อทดสอบว่าทฤษฎีใช้งานได้หรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างวิธีการจุดหายตัวแบบกะทัดรัดขึ้น พวกเขาใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความเร็ว ทิศทางการเคลื่อนที่ และอายุของดาวฤกษ์ต่างๆ เพื่อดูว่ามีความสัมพันธ์กันโดยกำเนิดและแรงโน้มถ่วงกับเมฆก๊าซและฝุ่นหรือไม่

ด้วยวิธีนี้นักวิทยาศาสตร์คำนวณเป็นครั้งแรกจำนวนดาวที่หางกระจุก นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ศึกษาข้อมูลจากกระจุกดาวเปิดสี่กระจุกใกล้กับโลก และยังใช้ข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุที่ห้าที่รวบรวมไว้ก่อนหน้านี้

จากการศึกษาพบว่าในทุกวัตถุจำนวนดาวใน "หาง" ที่ตามหลังกระจุกดาวกลับมีมากกว่าจำนวนดาวที่เคลื่อนไปข้างหน้า ผลลัพธ์เหล่านี้ขัดแย้งโดยตรงกับสมมติฐานทางทฤษฎีที่ตามมาจากทฤษฎีความโน้มถ่วงสากล

กระจุกดาวเปิดของ Hyades เป็นหนึ่งในกลุ่มที่ได้รับการวิเคราะห์ในการศึกษานี้ ภาพ: NASA, ESA และ STScI

เป็นไปได้อย่างไร?

นักวิทยาศาสตร์จำลองพฤติกรรมของดาวกระจายกลุ่มจากมุมมองของสมมติฐานทางเลือก - ทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงของนิวตัน (MOND) ตามแบบจำลองนี้ ผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่ความเร่งต่ำนั้นแข็งแกร่งกว่าทฤษฎีคลาสสิกของไอแซก นิวตัน

ผลการจำลองพบว่า dataการสังเกตเหมาะกับทฤษฎีนี้มากกว่า ศาสตราจารย์พาเวล ครูปา ผู้เขียนร่วมการศึกษาอธิบาย มีความเป็นไปได้ที่จะจินตนาการว่าดาวสามารถ "ออกจาก" กระจุกดาวผ่านประตูสองบานที่แตกต่างกันได้ ตามคำกล่าวของ MOND "ประตู" เหล่านี้มีความกว้างต่างกัน และมีดาวผ่านประตูบานหนึ่งมากกว่าบานอีกบาน ในเวลาเดียวกัน ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกแสดงให้เห็นว่าประตูเหมือนกัน

นอกจากนี้ นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่า stellarกระจุกดาราจักรใกล้เคียงหยุดอยู่เร็วกว่าที่กฎของนิวตันคาดการณ์ไว้ ผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับทฤษฎี MOND มากขึ้น

การกระจายของดาวอายุน้อยใน "หาง" ของกระจุกดาวเปิดไฮยาดส์ (บน) และผลลัพธ์ของการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้ทฤษฎี MOND (ล่าง) ภาพ: AG Kroupa/Uni Bonn

ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญ

การค้นพบใหม่อาจทำให้กระบวนทัศน์เปลี่ยนไปในโลกของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ได้เปลี่ยนทฤษฎีที่เป็นที่ยอมรับอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับกองกำลังที่ใหญ่ที่สุดในจักรวาล หากแบบจำลอง MOND ถูกต้อง สสารมืดก็ไม่มีอยู่จริง

แนวคิดเรื่องสสารมืดถูกเสนอครั้งแรกในช่วงทศวรรษที่ 1930 เพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของดาวและดาราจักรที่ขัดต่อกฎแรงโน้มถ่วง ดาวและกาแลคซีจำนวนมากเคลื่อนที่เร็วเกินไปสำหรับมวลของพวกมัน เพื่ออธิบายความคลาดเคลื่อนเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้แนะนำสสารที่มองไม่เห็นจำนวนมากในแบบจำลองที่ส่งผลต่อแรงโน้มถ่วง

ทฤษฎีสสารมืดเป็นทฤษฎีที่พบบ่อยที่สุดแม้ว่าจะยังไม่พบอนุภาคของสสารดังกล่าว แต่มีหลักฐานทางอ้อมมากมายที่ยืนยันการมีอยู่ของมัน ทฤษฎีทางเลือก MOND ยังไม่ได้รับการยอมรับดังกล่าว แม้ว่าข้อสังเกตบางประการจะสนับสนุนสมมุติฐานของมันก็ตาม

นักวิจัยวางแผนที่จะวิเคราะห์ต่อไปผลกระทบของจักรวาลต่าง ๆ จากมุมมองของทฤษฎี MOND เพื่อหาหลักฐานเพิ่มเติมหรือพัฒนาสมมติฐานทางเลือกที่คำนึงถึงคุณสมบัติของทั้งสองทฤษฎี

อ่านเพิ่มเติม:

นักโบราณคดีได้ยืนยันตำนานจากพระคัมภีร์อย่างเป็นทางการแล้ว

พบหลุมศพของ "นักบวช" แห่ง Aphrodite: นักวิทยาศาสตร์แสดงสิ่งที่พวกเขาพบที่นั่น

นักวิทยาศาสตร์ได้เห็นสิ่งที่อยู่ในอาณาเขตของเมืองหลวงมายัน การค้นพบทำให้พวกเขาประหลาดใจ

ภาพหน้าปก: กระจุกดาวลูกไก่ ที่มา: NASA, ESA, AURA/Caltech, Palomar Observatory