21 януари 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Без тъмна материя гравитацията би трябвало едновременно да привлича и отблъсква

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 02 декември 2020 в 00:00 48260
Пространственото разпределение на повече от четири милиона галактики, измерено от изследването на Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Кредит: Sloan Digital Sky Survey Collaboration.

Ами ако тъмната материя изобщо не съществува?

Какво ще стане, ако 85% от цялата материя във Вселената не се състои от тъмна материя, а от обикновена материя, материя от протони, електрони и неутрони, от които ние и всички звезди сме съставени?

Ами ако тази тъмна материя не съществува, въпреки многото косвени доказателства за нейното съществуване, най-вече наблюдателни улики, като плоските криви на въртене на галактиката, гравитационните лещи и върховете в мощния спектър на космическото микровълново фоново излъчване?

Тогава гравитационните закони на Нютон и Айнщайн няма да са верни, тези на Нютон за ситуации със слаба гравитация и тези на Айнщайн за ситуации със силна гравитация.

Нужен е друг закон на гравитацията.

Това обяснява една наскоро публикувана работа на двамата космолози Крис Пардо (Kris Pardo) от Лабораторията за реактивно задвижване на НАСА) и Дейвид Спергел (David Spergel ) от Университета в Принстън.

Те се опитват да намерят каква теория е нужна, за да обясни Вселена без тъмна материя.

Авторите сравняват разпределението на материята във Вселената, както се е появила 380 000 години след Големия взрив,отразено в космическия микровълнов фон (CMB), измерен от европейския сателит Planck и разпределението й, както изглежда сега, 13,8 милиарда години по-късно.

Въз основа на това разпределение в миналото и настоящето, Пардо и Спергел извеждат математическа функция, която описва как гравитацията би трябвало да работи, за да може да се премине от разпределението на обикновената материя, разкрита от CMB, до текущото разпределение на галактиките.

И откриват нещо поразително: тази функция трябва да се колебае напред-назад между положителни и отрицателни стойности, което означава, че гравитацията би трябвало да действа привличащо в някои мащаби и отблъскващо в други, съобщават Пардо и Спергел тази седмица във Physical Review Letters.

"И това е супер странно", казва Пардо.

Илюстрация на клъстерни модели, дължащи се на мащабни барионни акустични осцилации, където вероятността за намирането на галактика на определено разстояние от която и да е друга галактика се управлява от връзката между тъмната материя и нормалната материя. Заявената му дължина е 500 милиона светлинни години. Кредит: LBNL

Странното поведение се налага, за да обясни как мащабните така наречени барионни акустични осцилации (BAO - Baryon Acoustic Oscillations) изчезват с течение на времето, за да се появяват по-малките галактики, коментира Пардо.

В космологията барионни акустични осцилации са колебания в плътността на видимата барионна материя ("нормалното" вещество) на Вселената, причинени от акустични вълни в плътността в първичната плазма на ранната Вселена. По същия начин, по който свръхновите осигуряват „стандартни свещи“ за астрономически наблюдения, групирането на материята от BAO осигурява „стандартна линийка“ за скала на дължините в космологията. Дължината на тази стандартна линийка се определя от максималното разстояние, което акустичните вълни биха могли да изминат в първичната плазма преди плазмата да се охлади до точката, в която ще се превърне в неутрални атоми (епохата на рекомбинацията), което спира разширяването на вълните в плътността на плазмата, която "замръзва" на място. Дължината на тази стандартна линийка от около 500 милиона светлинни години в днешната Вселена може да бъде измерена чрез разглеждане на широкомащабната структура на материята с помощта на астрономически проучвания.

Тези акустични вълни са оставили своя отпечатък върху CMB и, слабо, в разпределението на галактиките. Може ли тази еволюция да се обясни само с обикновена материя, която взаимодейства чрез модифицирана гравитация?

"Новата работа показва, че без тъмната материя гравитацията ще трябва да се промени, за да обясни широкомащабната структура на Вселената. Но тази промяна трябва да бъде радикална", коментира Скот Доделсън (Scott Dodelson), теоретичен физик от Университета Карнеги Мелън, който не е участвал в новата работа. 

Измислянето на такава теория за гравитацията „е толкова сложно, че изглежда много малко вероятно някой да измисли сценарий, който да работи“, отбелязва Доделсън.

Астрономите обаче са свикнали да излагат супер странни теории и наистина друга двойка космолози, Константинос Скордис (Constantinos Skordis) и Том Злосник (Tom Zlosnik) от Чешката академия на науките), поемат ръкавицата и представят такава гравитация - теория за модифицирана гравитация, която според тях се движи с данните за CMB.

За целта изследователите добавят към Общата теория на относителността, към полевото уравнение на гравитацията на Айнщайн от 1915 г., допълнително регулируемо поле, наречено скаларно поле. То има енергия и чрез еквивалентността на масата и енергията на Айнщайн може да се държи и като форма на маса.

При големи пространствени мащаби това скаларно поле би се държало като материя и би взаимодействало само със себе си, така че да „имитира“ тъмната материя.

Полевото уравнение на Айнщайн, основано на Общата теория на относителността от 1915 г. Ламбда (Λ) е космологичната константа и не е добавена от Айнщайн до 1917 г.

В отговор Пардо нарече тази теория много интересна, но посочва, че Скордис и Злосник заменят едно мистериозно нещо, тъмната материя, с друго мистериозно нещо, скаларното енергийно поле.

И да, „тъмната материя е по-лесното обяснение“, отбелязва Пардо. 

Справка: 

  1. What Is the Price of Abandoning Dark Matter? Cosmological Constraints on Alternative Gravity Theories
    Kris Pardo and David N. Spergel
    Phys. Rev. Lett. 125, 211101 – Published 16 November 2020, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.211101
  2. A new relativistic theory for Modified Newtonian Dynamics
    Constantinos Skordis1 and Tom Złosnik, arXiv:2007.00082v1 [astro-ph.CO] 30 Jun 2020, https://arxiv.org/pdf/2007.00082v1.pdf

Източник: To explain away dark matter, gravity would have to be really weird, cosmologists say, Science


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.