Materia intunecata nu exista, spun noile studii

De mai bine de un deceniu, comunitatea astrofizica a adunat dovezi observationale care par sa contrazica teoria despre materia intunecata in favoarea noilor teorii ale gravitatiei.

Materia intunecata a fost dedusa ca o sursa gravitationala suplimentara care ar putea explica curbele de rotatie aplatizate ale galaxiilor spirale. S-a descoperit ca galaxiile spirale se rotesc cu o viteza aproape constanta, independent de raza.

Din legea lui Newton si distributia materiei vizibile, ne-am astepta ca viteza de rotatie a stelelor si a gazului in interiorul unei galaxii sa scada odata cu distanta, dar in anii ’70 astronomii au descoperit aceasta anomalie aplatizata si astfel s-a nascut materia intunecata.

Cu toate acestea, mai multe echipe de cercetare au gasit dovezi astronomice care indica modele gravitationale modificate.

Galaxiile nu au nevoie de materia intunecata

De exemplu, in 2016, a fost gasita o noua relatie semnificativa la galaxiile spirale si neregulate, in care acceleratia observata in curbele de rotatie este puternic corelata cu acceleratia gravitationala asteptata doar in masa vizibila.

Acest studiu a folosit o tehnica dezvoltata recent numita fotometrie in infrarosu apropiat, care conecteaza direct lumina stelelor si masa stelara, fara parametri ajustabili. Raportul masa-lumina este factorul de conversie necesar pentru studiu.

Galaxiile au o gama larga de forme, mase, dimensiuni si densitati si, in general, sunt eliptice (sustinute de presiune), de spirala si neregulate (sustinute de rotatie).

Autorii studiului au luat in considerare doar sistemele sustinute de rotatie deoarece curba lor de rotatie ofera un trasor direct al acceleratiei centripete.

Baza de date folosita provine din noul Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC), cel mai mare esantion de galaxii pana in prezent, cu date rezolvate spatial despre distributia atat a stelelor, cat si a gazului, precum si a curbelor de rotatie pentru fiecare galaxie.

Imaginea de mai jos prezinta corelatia dintre acceleratia radiala urmarita de curbele de rotatie si cea prezisa de distributia observata a masei standard (masa barionica), in aproape 2700 de puncte din 153 de galaxii cu diferite morfologii, mase, dimensiuni si fractiuni de gaz.

Aceasta relatie de acceleratie radiala este complet empirica si persista chiar si atunci cand materia intunecata domina, de aceea contributia sa este total specificata de cea a barionilor.

La momentul publicarii acestor rezultate (2016), autorii au ajuns la concluzia ca aceste galaxii nu necesitau materie intunecata, dar acest lucru nu a fost inteles la momentul respectiv, era nevoie si de o explicatie.

Modelul alternativ MoND confirmat de mai multe studii

Printre modelele alternative, MoND (dinamica newtoniana modificata) este o alternativa controversata la relativitatea generala, a carei ipoteza este ca dinamica galaxiilor este determinata de halouri masive, invizibile de materie intunecata.

MoND este un exemplu de clasa de teorii cunoscuta sub numele de gravitatie modificata, in care legile lui Newton sunt modificate. A fost publicata in 1983 de fizicianul israelian Mordehai Milgrom.

Acesta a remarcat ca discrepantele care s-au incercat a fi explicate prin materia intunecata ar putea fi rezolvate in doua moduri.

Primul este ca forta gravitationala experimentata de o stea in regiunile exterioare ale unei galaxii ar fi proportionala cu patratul acceleratiei sale centripete (spre deosebire de acceleratia centripeta in sine, ca in a doua lege a lui Newton).

Al doilea este ca forta gravitationala ar ajunge sa varieze invers liniar cu raza (spre deosebire de patratul invers al razei, ca in legea gravitatiei lui Newton).

In MoND, incalcarea legilor lui Newton are loc la acceleratii extrem de mici, care sunt caracteristice regiunilor exterioare ale galaxiilor, dar care sunt cu mult sub orice intalnit in mod obisnuit in Sistemul Solar sau pe Pamant. Aceasta inseamna ca gravitatia la acceleratii mici ar fi mai puternica decat cea prezisa de o descriere newtoniana pura.

MoND a avut mare succes in a prezice caracteristicile observate ale galaxiilor si pentru a explica o mare bogatie de date despre vitezele de rotatie galactice folosind doar stelele si gazele lor vizibile. deși

Cu toate acestea, s-a crezut ca aceasta teorie a fost dezmintita de un caz publicat in revista Nature, care a sustinut ca MoND nu putea fi adevarat, deoarece miscarile interne din galaxia pitica NGC1052-DF2, o galaxie mica care cuprinde aproximativ 200 de milioane de stele, au fost prea lente.

Aparent, acele afirmatii au fost premature, deoarece in 2018 noi cercetari au sustinut ca lucrarile anterioare nu au luat in considerare influenta mediului gravitational din jurul galaxiei pitice, care ar putea afecta miscarile in interiorul acesteia.

Daca galaxia pitica ar fi aproape de o galaxie masiva – ceea ce este cazul aici – atunci miscarile din interiorul piticii ar fi mai lente.

„Modelul nostru MoND a fost confirmat ulterior de un alt grup de cercetare”, a afirmat Dr. Hongsheng Zhao, Scoala de Fizica si Astronomie de la Universitatea St Andrews.

Efectul de camp extern (EFE)

Acest tip de efect de camp extern sau EFE, datorat maselor care inconjoara sistemul gravitational, nu este prezis nici de teoria Newtoniana, nici de teoria relativitatii a lui Einstein (si, prin urmare, materia intunecata nu il poate explica).

MoND prezice ca miscarile interne ale unui obiect din cosmos ar trebui sa depinda nu numai de masa obiectului in sine, ci si de atractia gravitationala a tuturor celorlalte mase din univers, iar acest lucru este in acord cu observatiile astronomice, in special pentru cele 153 de galaxii testate pentru EFE mai tarziu in 2020.

Neliniaritatea MoND da nastere asa-numitului EFE, care face ca autogravitatia unui sistem sa fie slabita daca sistemul in ansamblu este accelerat uniform de un camp extern chiar si in absenta completa a efectelor mareice.

In acel an, o echipa de astrofizicieni si astronomi condusa de Kyu-Hyun Chae, de la Universitatea Sejong din Coreea de Sud, a detectat acest EFE in 153 de galaxii selectate din baza de date SPARC, iar descoperirile lor au fost publicate in The Astrophysical Journal.

„Initial, am fost reticent sa interpretez propriile noastre rezultate in favoarea MoND. Dar acum nu pot nega faptul ca rezultatele asa cum sunt ele sustin in mod clar MoND mai degraba decat ipoteza materiei intunecate”, a spus Dr. Chae.

Grupul a analizat 153 de curbe de rotatie ale discurilor galaxiilor si au dedus EFE observand ca galaxiile din campurile externe puternice au incetinit sau au prezentat curbe de rotatie in scadere mai frecvent decat galaxiile din campurile externe mai slabe – asa cum a prezis inainte doar MoND.

Campul gravitomagnetic si materia intunecata

Un an mai tarziu, in 2021, o lucrare publicata in The European Physical Journal C, de Gerson Otto Ludwig, Institutul National de Cercetare Spatiala, Brazilia, sugereaza ca, daca cadrul relatarilor newtoniene despre gravitatie este inlocuit cu un model bazat pe relativitatea generala, pentru a include efectele gravitomagnetismului, nu este nevoie sa se recurga la materia intunecata.

Atunci cand un obiect masiv in rotatie, cum ar fi o stea sau o gaura neagra, „trage” insasi tesatura spatiu-timpului impreună cu el – un efect in relativitatea generala care nu este prezent in teoria gravitatiei lui Newton, numit frame-dragging sau efectul Lense Thirring – acest lucru da nastere unui camp gravitomagnetic.

In lucrarea sa, Ludwig prezinta un nou model pentru curbele de rotatie ale galaxiilor si demonstreaza ca, desi efectele campurilor gravitomagnetice sunt slabe, includerea lor in modele sterge diferenta dintre teoriile gravitatiei si curbele de rotatie observate, eliminand nevoia de materie intunecata.

O lucrare a Dr. Indranil Banik din 2022, in care autorul arata numeroasele esecuri ale modelului cosmologic standard in comparatie cu MoND, trece in revista teoria MoND care este adesea capabila sa explice in mod natural observatiile astronomice.

Revizuirea sa poate fi considerata critica deoarece arata din ce cauza MoND conduce peste modelul cosmologic standard, ajungand la concluzia ca galaxiilor chiar le lipseste materia intunecata.

Modelul AQUAL despre rotatia galactica

In cele din urma, a aparut acest ultim studiu al rotatiei galactice care sustine o generalizare a modelului MoND, numit AQUAL, care isi propune sa faca o modelare mai realista a lucrarilor anterioare ale lui Chae.

Acesta a folosit un model analitic sferic in care campurile externe deduse din dinamica interna bazata pe un model atat de simplu sunt in concordanta cu cele asteptate in mediile cosmice.

Pentru a face acest lucru, partile interioare si exterioare ale curbelor de rotatie au fost separate si au fost utilizate solutii numerice de gravitatie modificata, inclusiv efectul EFE.

O diferenta principala intre AQUAL si modelul standard de materie rece, abreviat ΛCDM (sau LCMD), este ca vitezele de rotatie ale stelelor de pe orbita interioara fata de stelele de pe orbita exterioara ar trebui sa fie guvernate de distributia materiei, prin urmare, curba ar trebui sa fie neteda.

Intre timp, dinamica neliniara, auto-gravitationala a teoriei AQUAL prezice o mica indoire in curba. Chiar daca este prea mica pentru a fi masurata intr-o singura galaxie, ar trebui sa existe o mica schimbare intre distributia de viteza interioara si exterioara atunci cand este masurata intr-un esantion mare de galaxii.

Cand a analizat curbele de viteza de inalta rezolutie a 152 de galaxii observate in baza de date Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC), autorul acestui studiu a constatat o schimbare in acord cu AQUAL fata de cosmologia standard a materiei intunecate, cand sunt incluse efectele EFE.

In loc de concluzie

Existenta energiei intunecate si a materiei intunecate a fost dedusa astfel incat ecuatiile de camp ale lui Einstein sa poata prezice corect expansiunea universului si viteza de rotatie a galaxiilor.

Din aceasta perspectiva, energia intunecata este sursa unei forte de expansiune in univers (aceasta este ceea ce explica constanta Hubble in teoriile principale), in timp ce materia intunecata ofera o sursa suplimentara de gravitatie necesara pentru a stabiliza galaxiile si grupurile de galaxii. Aceasta gravitatie suplimentara ar explica, de asemenea, viteza de rotatie a galaxiilor.

Particulele de materie intunecata nu au fost niciodata descoperite, in ciuda multor decenii de cercetari sensibile, folosind adesea detectoare mari.

Intre timp, asa cum se adreseaza acest articol, teoriile modificate ale gravitatiei au rezultate foarte promitatoare si tuturor le lipseste materia intunecata.

Acesta este cazul modelului holografic generalizat dezvoltat de Nassim Haramein pentru a rezolva problema catastrofei in vid, unde materia intunecata si energia intunecata sunt explicate prin vidul cuantic si dinamica acestuia.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

Sursa: resonancescience.org, scitechdaily.com, universetoday.com.

Foto: NASA, ESA, Hubble, Alyssa Pagan (STScI).

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.