Η μη συμβατική εναλλακτική λύση στη Νευτώνεια δυναμική εξηγεί τις ουρές των αστρικών σμηνών

Τα περισσότερα αστέρια σχηματίζονται σε πυκνά σμήνη, αλλά περνούν το μεγαλύτερο μέρος της ζωής τους μόνα τους ή σε ζευγάρια. Πρόσφατα, οι παρατηρήσεις των συστάδων που διαλύονται αποκάλυψαν μια περίεργη ανωμαλία. Η ανακάλυψη έρχεται σε αντίθεση με τις συμβατικές Νευτώνειες ιδέες για τη βαρύτητα, αλλά ταιριάζει με τουλάχιστον μία εναλλακτική. Ωστόσο, χρειάζονται πολλά για να ανατραπεί μια θεωρία τόσο καλά θεμελιωμένη όσο αυτή του Νεύτωνα.

Τα ανοιχτά αστρικά σμήνη σχηματίζονται από μεγάλες συστάδες αερίων εντός των γαλαξιών και περιφέρονται γύρω από το γαλαξιακό κέντρο. Παρόλο που ορισμένα αστέρια μπορούν να μετακινηθούν έξω από τις πλευρές, για παράδειγμα εάν τους ωθεί μια κοντινή σουπερνόβα, ένα μεγάλο ποσοστό τελικά είτε ακολουθεί πίσω από το σμήνος είτε άκρη μπροστά, σχηματίζοντας μακριές ουρές προς κάθε κατεύθυνση.

Σύμφωνα με τη Νευτώνεια φυσική, περίπου ίσος αριθμός άστρων θα πρέπει να γίνουν ηγέτες και καθυστερημένοι, και όσο μεγαλύτερο είναι το σμήνος τόσο πιο ομοιόμορφη η διάσπαση. Έτσι, ο ισχυρισμός σε μια νέα δημοσίευση ότι περισσότερα αστέρια οδηγούν το πακέτο από αυτά που ακολουθούν, τουλάχιστον εντός 150 ετών φωτός από το κέντρο του σμήνος, δείχνει ότι συμβαίνει κάτι πολύ περίεργο. Είναι ένα μεγάλο άλμα από αυτό στην ανατροπή ορισμένων από τις πιο βασικές αρχές της φυσικής, αλλά το έγγραφο θέτει την υπόθεση προς εξέταση.

«Στα σμήνη που μελετήσαμε η μπροστινή ουρά περιέχει πάντα σημαντικά περισσότερα αστέρια κοντά στο σμήνος από την πίσω ουρά», είπε ο Δρ Jan Pflamm-Alternburg του Ινστιτούτου Ακτινοβολίας και Πυρηνικής Φυσικής Hemlholz σε δήλωση. Ο προσδιορισμός αυτού του γεγονότος απαιτεί τον καθορισμό της ταχύτητας και της ηλικίας των αστεριών σε κάθε ομάδα για να διακρίνονται εκείνα που ξεφεύγουν από το σμήνος από άλλα που τυχαία βρίσκονται στη γαλαξιακή γειτονιά.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia μας έδωσε τώρα τη δυνατότητα να κάνουμε αυτές τις διακρίσεις και οι συγγραφείς το έκαναν για τέσσερα μεγάλα σμήνη, συμπεριλαμβανομένων των διάσημων συστάδων Υάδες και Κυψέλη. Μια άλλη ομάδα έκανε ισοδύναμη εργασία για ένα πέμπτο σύμπλεγμα, το οποίο έχει επίσης συμπεριληφθεί στην ανάλυση.

Είναι πιθανό η περίσσεια των αστεριών μπροστά από το πακέτο να είναι είτε λάθος των συγγραφέων, είτε ακραία ατυχία, όπως το να πετάξεις ένα νόμισμα χίλιες φορές και να πάρεις 600 κεφάλια. Εάν όχι, ωστόσο, θα έδειχνε ότι οι νόμοι της κίνησης στους οποίους βασιζόμαστε για σχεδόν 400 χρόνια δεν είναι τόσο παγκόσμιοι όσο υποτίθεται.

Δεν θα ήταν η πρώτη τέτοια πρόταση. Ο Αϊνστάιν, τελικά, έδειξε ότι οι νόμοι του Νεύτωνα δεν περιγράφουν με ακρίβεια τι συμβαίνει όταν ταξιδεύουμε κοντά στην ταχύτητα του φωτός ή σε ισχυρά βαρυτικά πεδία. Πολλοί φυσικοί πρότειναν στη συνέχεια άλλες εξαιρέσεις.

Οι περισσότερες τέτοιες ιδέες καταρρέουν γρήγορα υπό έλεγχο. Αυτό που έχει επιβιώσει καλύτερα είναι γνωστό ως MOdified Newtonian Dynamics (MOND), που δημιουργήθηκε στο Mordehai Milgrom στις αρχές της δεκαετίας του 1980 για να αποφευχθεί η ανάγκη της σκοτεινής ύλης για να εξηγήσει την ταχύτητα της γαλαξιακής περιστροφής.

«Με απλά λόγια, σύμφωνα με το MOND, τα αστέρια μπορούν να φύγουν από ένα σμήνος μέσα από δύο διαφορετικές πόρτες», είπε ο καθηγητής Pavel Kroupa του Πανεπιστημίου Pavel της Πράγας. "Το ένα οδηγεί στην πίσω παλιρροιακή ουρά, το άλλο στο μπροστινό μέρος. Ωστόσο, το πρώτο είναι πολύ πιο στενό από το δεύτερο - επομένως είναι λιγότερο πιθανό ένα αστέρι να φύγει από το σμήνος μέσα από αυτό. Η θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα, από την άλλη, προβλέπει ότι και οι δύο πόρτες πρέπει να έχουν το ίδιο πλάτος."

Η ομάδα διαπίστωσε ότι οι παρατηρήσεις της για τη διάλυση του συμπλέγματος ταιριάζουν καλά με τις προβλέψεις της MOND. Αυτό επεκτείνεται όχι μόνο στην κατεύθυνση προς την οποία εξέρχονται τα αστέρια, αλλά και στην ταχύτητα με την οποία διαλύονται τα σμήνη, η οποία φαίνεται να λαμβάνει χώρα πιο γρήγορα από ό,τι θα πρότεινε μια καθαρή Νευτώνεια ανάλυση.

Σύμφωνα με τον MOND, οι βαρυτικές δυνάμεις στις εξωτερικές περιοχές των γαλαξιών δεν εξασθενούν με τον νόμο του αντίστροφου τετραγώνου, όπως συμβαίνει στο Ηλιακό Σύστημα. Δεν υπάρχει καμία πειστική εξήγηση για το γιατί θα συνέβαινε αυτό και οι περισσότεροι φυσικοί το θεωρούν απίθανο. Ο σκεπτικισμός τους ενισχύεται από παρατηρήσεις γαλαξιών που συγκρούονται, οι οποίες συνάδουν περισσότερο με τις προβλέψεις που υποθέτουν την κλασική νευτώνεια φυσική και την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης.

Όσο περίεργες κι αν είναι αυτές οι παρατηρήσεις για όσους χρησιμοποιούν τη σκοτεινή ύλη για να εξηγήσουν τη γαλαξιακή περιστροφή, είναι απίθανο να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο γίνεται αντιληπτός ο MOND από μόνοι τους. Ωστόσο, οι συγγραφείς κάνουν ορισμένες ελεγχόμενες προβλέψεις που, εάν επαληθευθούν, θα μπορούσαν να προστεθούν στην περίπτωσή τους.

Η εργασία δημοσιεύεται στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society