Деветата планета може да докаже, че концепцията за тъмната материя е излишна

Ваня Милева Последна промяна на 09 октомври 2023 в 00:00 22521 0

Представа за обект от Пояса на Кайпер, разположен на външния край на Слънчевата система на невероятното разстояние от 6.5 милиарда км от Слънцето

Кредит NASA
Представа за обект от Пояса на Кайпер, разположен на външния край на Слънчевата система на невероятното разстояние от 6.5 милиарда км от Слънцето

Интригата в търсене на деветата планета се задълбочава.

Двама физици теоретици съобщават, че същите наблюдения, които вдъхновяват търсенето на девета планета, могат да бъдат доказателство в рамките на Слънчевата система за модифицирания закон за гравитацията, първоначално разработен за обяснение на въртенето на галактиките, без въвеждане на тъмна материя.

Изследователите Харш Матур (Harsh Mathur), професор по физика в Университета Кейс Уестърн Ререзърв (Case Western Reserve University), и Катрин Браун (Katherine Brown), доцент по физика в колежа Хамилтън, изказват това твърдение, след като изучават ефекта, който галактиката Млечен път би имала върху обектите във външната част на Слънчевата система - ако законите за гравитацията се управляват от теория, известна като Модифицирана Нютонова динамика (или MOND).

Според MOND известният закон за гравитацията на Исак Нютон е валиден до определен момент. Тоест, когато гравитационното ускорение, предвидено от закона на Нютон, стане достатъчно малко, MOND позволява да се възприеме различно гравитационно поведение.

Успехът на наблюденията на MOND в галактически мащаби е причината някои учени да я смятат за алтернатива на "тъмната материя" - терминът, който физиците използват, за да опишат хипотетична форма на материя, която би имала гравитационни ефекти, но не излъчва светлина.

"MOND е наистина добра система за обяснение на наблюденията в галактически мащаб", казва Матур, "но не очаквах, че тя ще има забележими ефекти върху външната слънчева система."

Тяхната работа е публикувана наскоро в The Astronomical Journal.

"Поразително" съответствие

Матур и Браун и преди са изучавали ефекта на MOND върху галактичната динамика. Но сега се интересуват от по-локалните ефекти на MOND, след като през 2016 г. астрономи обявиха, че няколко обекта във външната Слънчева система показват орбитални аномалии, които могат да бъдат обяснени с Деветата планета.

Орбиталните аномалии и преди са водили до исторически открития: Нептун е открит чрез гравитационното си притегляне на орбитите на близки обекти, минутната прецесия на Меркурий предоставя ранни доказателства в подкрепа на общата теория на относителността на Айнщайн, а неотдавна астрономите използваха орбиталната динамика, за да направят извод за наличието на свръхмасивна черна дупка в центъра на нашата галактика.

Браун е смятала, че предсказанията на MOND може да се окажат в противоречие с наблюденията, които са мотивирали търсенето на Деветата планета.

"Искахме да проверим дали данните, които подкрепят хипотезата за деветата планета, ефективно ще изключат MOND", обяснява Браун.

Вместо това Матур и Браун откриват, че MOND предсказва точно тези струпвания, които астрономите са наблюдавали. В продължение на милиони години, твърдят те, орбитите на някои обекти във външната Слънчева система ще бъдат изтегляни в съответствие със собственото гравитационно поле на галактиката.

Когато съпоставили орбитите на обектите от набора данни за Деветата планета със собственото гравитационно поле на галактиката, "съответствието било поразително", посочва Матур.

Авторите предупреждават, че сегашният набор от данни е малък и че всеки брой други възможности може да се окажат верни; други астрономи например твърдят, че орбиталните отклонения са резултат от наблюдателна грешка.

"Независимо от резултата", коментира Браун, "тази работа подчертава потенциала на външната Слънчева система да служи като лаборатория за проверка на гравитацията и изучаване на фундаментални проблеми на физиката."

Модифицираната нютонова динамика

Нека обясним това с опростен модел. Нека има сферично симетрично хомогенно тяло с маса M (груб модел на галактическото ядро), около което тяло (например звезда) с маса m се движи в кръг. Според втория закон на Нютон и закона за всемирното привличане имаме:

, откъдето следва, че извън масивното ядро ​​скоростта на тяло в кръгова орбита намалява с разстоянието в съответствие с формулата:

Наблюденията (виж фигурата по-горе) показват друга закономерност: започвайки от определено характерно разстояние r0, което е индивидуално за всяка галактика, скоростите на обектите стават постоянни, т.е. практически престават да зависят от r. Скоростите на обекти, достатъчно далеч от центъра, са много по-високи от теоретично прогнозираните.

Във всички разглеждани галактики отклоненията от предсказанията на Нютоновата механика започват да се забелязват при едно и също ускорение a0 ∼ 10−10 м/сек2, т.е. за обекти движейки се с ускорение по-голямо от a0, Нютоновата механика работи доста добре, а при движение с малко ускорение (по-малко от a0) се наблюдават отклонения.

Във версията на Милгром на MоND се предлага да се модифицира вторият закон на Нютон чрез въвеждане на допълнителен фактор µ(z) в него, в зависимост от z, отношението на ускорението на тялото a към константата a0:

 

Приема се, че факторът µ(z), наречен интерполационна функция или просто µ-функция, има следните асимптотични свойства: µ(z) ≈ 1 за a ≫ a0 и µ(z) ≈ a/a0 за a ≪ a0.

Дефинираната по този начин µ-функция или по-точно множеството от функции с дадена асимптотика, привежда модифицираната теория в съгласие с наблюденията: при големи ускорения a ≫ a0 се изпълнява обичайната Нютонова механика и в границата на малки ускорения a ≪ a0, възниква „дълбок MOND-режим“, който се характеризира със следното:

Тоест при малки ускорения скоростите на обектите престават да зависят от радиусите на техните орбити и кривата на въртене достига плато.

Уравнението v=(Gma)1\4 позволява да се пресметне a0 от наблюдаемите v и M. Милгром намира стойността a0=1.2х 10-10 м/сек².

Справка: Katherine Brown et al, Modified Newtonian Dynamics as an Alternative to the Planet Nine Hypothesis, The Astronomical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-3881/acef1e

Източник: Plot thickens in the hunt for a ninth planet, Case Western Reserve University

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !