Десетилетия наред астрономи, физици и космолози теоретизират, че Вселената е изпълнена с екзотичен материал, наречен тъмна материя, който обяснява непознатото гравитационно поведение на галактиките и галактическите клъстери.
Според математическите модели тъмната материя съставлява три четвърти от цялата материя във Вселената. Но тя никога не е била виждана или нейната същност напълно обяснена. И докато тъмната материя се превърна в преобладаващата теория, която обяснява една от най-големите загадки на Вселената, някои учени търсят алтернативни обяснения, защо галактиките действат по начина, по който действат.
Сега международен екип от учени казва, че е открил нови доказателства, че може би тъмната материя всъщност все пак не съществува.
В изследване, публикувано през ноември в Astrophysical Journal, учените съобщават за малки несъответствия в орбиталните скорости на далечни звезди, които според тях разкриват слаб гравитационен ефект, който може да сложи край на преобладаващите идеи за тъмна материя.
Изследването предполага, че непълно научно разбиране за гравитацията стои зад това, което изглежда е гравитационната сила на галактиките и галактическите клъстери, а не обширни облаци от тъмна материя.
„Това може да означава, че чистата математика, а не невидимата материя, може да обясни защо галактиките се държат така“, казва съавторът на изследването Стейси Макго, която ръководи катедрата по астрономия в университета Case Western Reserve в Кливланд.
Новото изследване съобщава, че признаци на слаб гравитационен прилив, известен като „ефект на външното поле“ или External Field Effect (EFE), могат да се наблюдават статистически при орбиталните скорости на звездите в повече от 150 галактики.
Авторите казват, че ефектът не може да бъде обяснен с теории за тъмната материя, но е предвиден от това, което е известно като „модифицираната теория на Нютонова динамика“ или MOND.
„Това, което всъщност казваме, е, че има абсолютни доказателства за несъответствие“, казва Макго. „Това, което виждате, не е това, което получавате, ако всичко, което знаете, са Нютон и Айнщайн.“
Астрономите отдавна предполагаха, че звездите обикалят центровете на галактиките със скорости, предвидени от теорията за гравитацията, формулирана от английския физик и математик Исак Нютон преди повече от 300 години.
Нютон обосновава теорията си, че обектите се привличат помежду си със сила, варираща в зависимост от тяхната маса, с наблюдения на орбитите на планетите. С усъвършенстванията от теориите на Алберт Айнщайн през 20 век, той остава удивително точен.
Но наблюденията на галактиките Кома през 30-те години на миналия век от швейцарския астроном Фриц Цвики, работил тогава в Калифорнийския технологичен институт, установяват, че той е подложен на по-големи от очакваното гравитационни сили – ефект, който той приписва на „dunkel (kalt) materie“, на немски „ тъмна (студена) материя. “
Когато американските астрономи Вера Рубин и Кент Форд откриват аномалии в орбитите на звездите в галактиките през 70-те години, много учени теоретизират, че те са причинени от маси от невидима „тъмна материя“ в и около галактиките и оттогава идеята за тъмната материя доминира в астрофизиката.
Според някои оценки тъмната материя съставлява около 85 процента от цялата материя във Вселената. Казва се, че тя взаимодейства със светлината и видимата материя само чрез гравитацията и обяснява наблюдаваните аномалии в далечни галактики.
Но никога не е виждана и досега никой не е обяснил напълно нейната същност, въпреки че кандидатите за тъмна материя включват слабо взаимодействащи масивни частици или WIMPS, първични черни дупки и неутрино.
MOND е формиран през 1980 г. от израелски физик Мордехай Милгром, за да обясни наблюдаваните несъответствия без тъмна материя.
Той предполага, че гравитацията причинява много малко ускорение, не предсказано от Нютон и Айнщайн, при толкова ниски нива, че може да се види само в обекти с размер на галактика; и би означавало, че обяснението на тъмната материя не е необходимо.
Макго признава, че MOND е гледна точка на малцинството в астрофизиката и че повечето учени подкрепят съществуването на тъмната материя – идея, която и той предпочита, докато не започва да променя мнението си преди около 25 години.
„Някога щях да кажа: абсолютно доказано е, че има тъмна материя, не се притеснявайте за това“, казва той.
Но много от прогнозите на MOND са били доказани при астрономически наблюдения и последните изследвания са още едно доказателство за това, обяснява той.
„MOND е единствената теория, която е успяла“, казва Макго. „Това е единствената теория, която рутинно е сбъднала всички прогнози.“
Новото изследване повдига „много интересен въпрос“, каза Матиас Бартелман, професор по теоретична астрофизика от Хайделбергския университет в Германия, който не участва в изследването.
„Може ли тъмната материя да се обясни с различен закон от този за гравитацията? Би било най-важното за космологията, както и за физиката на елементарните частици, ако може “, казва той.
Бартелман обаче се съмнява, че „външният полеви ефект“, (EFE) докладван в новото изследване, е наистина уникално предсказание на MOND и че не може да бъде обяснен с някои конкуриращи се теории.
И тъй като теорията на MOND е формулирана за отчитане на ротационните несъответствия в галактиките, очаква се нейното тестване върху галактики да даде убедителни резултати; вместо това MOND трябваше да бъде тестван успешно на други обекти, като клъстери на галактики, казва той.