У октобру је ЛИГО и његов европски колега, ВИРГО, били сведоци гравитационих таласа како искачу из задивљујућег судара две неутронске звезде. Овај невиђени догађај изгледао је као још један тријумф за нову врсту астрономије, ону која би могла користити гравитационе таласе за испитивање неких од најдубљих мистерија универзума. Али у свом узбуђењу, већина људи није приметила да је нешто умрло: читава група теорија која поставља универзум без тамне материје.
Сличан садржај
- Научници су уочили искру из древног судара неутронских звезда
- Тројица научника иза откривања гравитацијских таласа добили су Нобелову награду за физику
- Научници откривају четврти гравитациони талас, ударивши у судару древне црне рупе
Тачно: мање позната последица ЛИГО вести је да ћемо можда видети значајно преобликовање расправе о тамној материји - ствари које изгледа да гравитационо привлаче видљиви материјал и простор савијања, али се не могу видети . Према раду објављеном на серверу за штампање АрКсив-а од стране Рицхарда Воодарда, професора физике на Универзитету на Флориди, недавно откриће поништава класу теорија која је желела објаснити понашање гравитације на скали галаксије без тамне материје.
Воодард напомиње да неке од тих теорија, познате као модификована гравитација (МОГ) или модификована невтонска динамика (МОНД), предвиђају да ће гравитациони таласи и светлосни таласи долазити у различито време. Ипак ЛИГО је подигао гравитационе таласе и светлост из две сударајуће се неутронске звезде у року од око 2 секунде једна од друге. Будући да је извор обоје био удаљен 130 милиона светлосних година, то је разлика од само 1 дела у око 1, 5 квадрила. У суштини, они су стигли у исто време.
Врсте модела о којима Воодард говори - а које назива "емулатори тамне материје" - покушавају да дуплирају ефекте тамне материје, претпостављајући да се гравитација понаша другачије него што већина научника мисли. "Наш рад дефинитивно не искључује све модификоване гравитационе моделе који не делују са тамном материјом", појаснио је Воодард. "То се односи само на велику класу њих."
Иако су се можда суочили са ударцем, теоретичари о тамној материји не пропадају без борбе.
…
У теорији Алберта Ајнштајна о општој релативности простор је закривљен масивним објектима. Сноп фотона - иначе познат као светлост - креће се по најкраћем растојању између две тачке (што није увек равна линија). Општа релативност каже да се гравитациони таласи и светлост крећу истим линијама или метрицама.
Али иако је општа релативност потврђена од касног, то није последња реч. Неке алтернативне теорије гравитације имале су гравитационе таласе који се крећу другачијом стазом, или метричком, од светлости. Да би постигао овај ефекат, модификована теорија гравитације би морала да покаже да на путање гравитационих таласа утиче само видљива материја коју ми видимо, док би светлост (фотони) утицала на видљиву материју и све што дуплира ефекте који изгледају као тамна материја.
У том сценарију, гравитациони таласи и светлост би стизали у веома различитим временима. Али пошто је ЛИГО видео како се приближавају тако близу, изгледа као моћан доказ да гравитација делује онако како Еинстеинова теорија каже - што би заузврат ојачало случај тамне материје.
Међутим, много пре ЛИГО-а, неки физичари нису били задовољни тамном материјом и осмислили су друге теорије које су желеле објаснити шта астрономи виде. Један скуп теорија познат је под називом Тензор-векторска скаларна гравитација (ТеВеС), што гравитацији додаје додатно поље. Развио их је Јацоб Бекенстеин 2004. године, већ је био под неким ватром јер се чинило да ће морати да буду неутрини масивнији од онога што су до сада проценили физичари, и није увек производио стабилне звезде. Сцалар-Тенсор-Вецтор-Гравити (СТВГ) такође додаје још једно поље, мада на другачији начин од ТеВеС. Теорија каже да гравитација постаје јача како се повећавате из Сунчевог система у галаксије, а затим у галаксије. Те две класе теорија за које Воодард каже да искључују најновији подаци.
Мислили бисте да би физичари коначно прихватили да је тамна материја вани, у било којем облику она била. Јел тако? Па, заговорници модификоване гравитације кажу да још увек нису готови.
Јохн Моффат, истраживач са Института Периметер у Ватерлооу у Канади, каже да је Воодард једноставно погрешно дефинисао своју теорију. "Не дају никакво објашњење због чега је мој МОГ фалсификован", рекао је у е-поруци. "Тачно је да су те МОНД теорије искључене подацима о спајању неутронских звезда. Стога, чини се да је мој МОГ једина преживела теорија гравитације која може објаснити податке о галаксији, кластерима галаксија и космолошким подацима без откривене тамне материје у садашњем свемиру . " Моффат каже да његова теорија у ствари предвиђа да би истовремено пристизали светлосни и гравитациони таласи.
"Најбољи начин да се овај резултат протумачи није као доказивање да је тамна материја тачна, већ као ограничавање начина на који се морају конструисати модификоване теорије гравитације ако желе да се оглуше о њу", рекао је Воодард.
Различити путеви
Седамдесетих година прошлог века покојна астрономка Вера Рубин, тада у Царнегие установи, открила је да се та видљива материја не креће спорије док се излази из галактичког центра (пут на који се планете крећу спорије како се одмиче од сунца). У одређеном тренутку све се кретало истом брзином. Или је било доста дифузне масе око галаксија које нисмо могли видети, или се гравитација понашала на начин који раније није био очигледан.
Рана објашњења за невиђену материју обухватала су: гас, скитне планете, неутрине, па чак и црне рупе. На крају су сви одбачени у корист тренутне концепције тамне материје као створене од нечега што је интерактивно дјеловало само путем гравитације.
Ипак, неколико физичара сматрало је да је идеја тамне материје превише згодна, нешто што је измишљено само да би математика функционисала. Можда је гравитација дјеловала другачије на различитим мјерилима, а општа релативност то једноставно није узела у обзир, они су теоретизирали.
Мордехаи Милгром, професор емеритус на Веизманновом Институту за науку у Израелу, био је један од раних теоретичара МОНД-а, који је своју верзију предложио 1980-их. У свом срцу, његова теорија предлаже да се гравитациона динамика мења када убрзања услед гравитационе силе падну испод одређене границе. Такође је ставио да гравитација и светлост путују на различитим метрицама.
Узето заједно, те су теорије представљале, ако не и озбиљну претњу, барем наговештаја проблема са тамном материјом - до сада. "
Дарк Маттер ФТВ
Тамна материја није објаснила само кривуље ротације. Такође је обухватио запажања гравитационог сочива - савијање светлости масивним предметима. Кад посматрамо неке удаљене галаксије, видимо предмете иза њих као кроз објектив, по општој релативности. Светлост се савија за количину која се не може објаснити видљивом масом. Ово је био још један доказ за тамну материју (или нешто слично томе).
Тамна материја такође може објаснити зашто космичка микроталасна позадина изгледа онако како изгледа: уједначена је у просеку, али на мањим размерама је незграпна, као што би се могло очекивати у свемиру тамне материје. "Једна од ствари о којој алтернатива теоретичарима тамне материје никада не говори је да ако немате тамну материју, нећете налетити на [космичку микроталасну позадину]", каже Вилл Киннеи, професор физике на Универзитет у Буфалу. "Колико знам, ниједна алтернативна теорија тамне материје уопште није имала објашњење за налет у спектру (космичке микроталасне позадине). То само по себи говори да те теорије неће радити."
Добар пример је Буллет цлустер, регија простора у којој се сударају два галаксија. Посматрања кластера показују ефекте леће који се не поклапају са видљивом материјом у њему. Ипак, ако претпоставимо да је присутна тамна материја, али се још није населила око грозда, онда се сочиво подудара са теоријом тамне материје, рекао је Киннеи.
Случај за МОНД
Упркос томе, архитекти модификоване гравитације суочавају се са проблемима које има тамна материја. Једна је аномалија око Буллет Цлустера - иста она за коју би већина рекла да подржава теорију тамне материје. Према неким запажањима Буллет кластер убрзава; чак и ако претпоставимо да су тамне материје брзине „погрешне“. Такође, тамна материја предвиђа брзине ротације неких галаксија мање добро од модификоване гравитације.
Поред тога, неке галаксије за које се чини да имају мање видљиве материје и даље су масивне. То би могло бити због пуно мрачне материје, али не постоји ниједан посебан разлог томе. МОНД теорије су у том погледу боље. "МОНД има више предвиђајуће моћи. Може се користити за предвиђање кинематике галаксија које доминирају тамном материјом. Не можете исто предвиђати са тамном материјом. Све што можете рећи је:" Кладим се да галаксија слабе површинске светлости има пуно мрака Материја! ", рекла је Стаци МцГаугх, астрофизичарка са Универзитета Цасе Вестерн Ресерве која је радила на модификованим теоријама гравитације." То засновано на претходном искуству, а не теорији за коју не постоји усаглашено предвиђање. "
Друго питање је дистрибуција поменуте материје. Милгром напомиње да су у скоро свим галаксијама које су до сада посматране кривуље ротације истог облика до тачке у којој је убрзање услед гравитације према центру приближно једно десет милијарди милијарди метра у секунди (приближно исто гравитациона сила коју је осетио неко удаљен два метра од тежине од 10 килограма).
Ако постоји тамна материја, не би се очекивало да се она увек дистрибуира управо тако. Било би то као да одете у све земље на Земљи и утврдите да је расподјела дохотка потпуно иста, упркос врло различитим историјама које има свака држава.
"У парадигми [мрачне материје] данашња динамика је резултат компликоване, катаклизмичке и непознате историје поједине проучаване галаксије: колико је спајања претрпело и колико насилно било, на избацивању барјона из галаксија због различитих слабо разумљивих процеса итд. ", каже он. МОНД теорије, додао је, дају бољи посао у предвиђању кретања галаксије у том погледу.
Чак и Милгром признаје да постоје подручја за која МОНД теорије такође не предвиђају чак и у својим релативистичким МОГ верзијама - на пример, не репродукујући запажену космичку микроталасну позадину. "Потребно нам је проширење МОНД-а које ће водити рачуна о космологији. То је нешто на чему радимо."
Сабине Хоссенфелдер, истраживачица са Франкфуртског института за напредне студије у Немачкој, слаже се да би Воодард-ово запажање неке врсте МОНД или МОГ постало застарело, али такође није уверена да је тамна материја одговор. „Готово сигурно је тачно да опсервација одбацује теорије са претпоставкама које су наведене у раду. Али није јасно која, ако постоји, модификоване теорије гравитације заправо испуњавају ове претпоставке“, рекла је она. На свом блогу приметила је да тамна материја делује на свим нивоима, док модификована гравитација не делује добро за космологију.
Етхан Сиегел, астрофизичар и аутор, рекао је да је шанса да мноштво модификованих гравитационих поља поништава ЛИГО посматрањем. Попут Хоссенфелдера, и он вјерује да су проблем за МОНД ваге које описује. "Моффат је у праву: МОНД ради боље од тамне материје на галактичким скалама. Ако посматрате поједине галаксије и њихова динамичка својства, МОНД има предност. МОНД ипак пропада на свим скалама осим оне." Неке од Милгромових теорија, рекао је, могу преживети - на пример, ако Милгромова тврдња да гравитација поштује другачија правила од оне у универзуму, на пример, тачна је. "Ово је теорија која још увек може преживети ове резултате гравитационог таласа."
И упркос свом раду на алтернативама гравитацији, МцГаугх је рекао да постоје ствари за које само тамна материја може имати смисла. "Не видим како да објасним космичку микроталасну позадину или гроздове галаксија (сви богати кластери, не само метак са групама) без тога", каже он. "То не значи да се то не може догодити, али тренутно Не видим друго одрживо објашњење. " У исто време, он још није посвећен ниједној страни. „Ни једно од њих није убедљиво“, каже он.
Другим речима, очекујте да ће се расправа наставити у догледној будућности - када се сударају две неутронске звезде.
