ニュートンの万有引力の法則は間違っているか: 研究者の観察ミステリー

この発見は、古典的な仮定では説明できません。

天体物理学者の国際チームは、いくつかの星団を分析しているときに不可解な発見をしました。 この発見は、ニュートンの万有引力の法則に反するものである、と研究者は出版物に書いています。 代わりに、観測は重力の代替理論の予測と一致しています。 しかし、これは専門家の間で物議を醸しています。 結果は現在、王立天文学会の月例通知に掲載されています。 ボン大学はこの研究で重要な役割を果たしました。

彼らの研究では、研究者はいわゆる散開星団を調査しました。これは、渦巻銀河や不規則銀河に見られる数十から数百の星の接続されていないグループです。 散開星団は、大量のガス雲の中で短期間に何千もの星が誕生したときに形成されます。 それが「点火」すると、銀河からの新参者がガス雲の残骸を吹き飛ばします。 その過程で、質量は大幅に拡大します。 これにより、数十個から数千個の星が緩やかに形成されます。 質量は、それらの間で作用する弱い重力によってまとめられています。

「ほとんどの場合、開いた星団は、溶けるまで数億年しか生きていません」と、ボン大学のヘルムホルツ放射線核物理学研究所の Pavel Krupa 教授は説明します。 その過程で、恒星は定期的に失われ、いわゆる「潮汐尾」に蓄積されます。 これらの尾の 1 つは、ブロックが空間を移動するときにブロックの後ろに引っ張られます。 次に、もう一方が先鋒のように主導権を握ります。

ボン大学ヘルムホルツ放射線核物理研究所のPavel Krupa教授。 クレジット: Volker Lanert/ボン大学

「ニュートンの万有引力の法則によれば、どちらの尾が行方不明の星に到達するかは偶然の問題です。 「したがって、両端にはほぼ同じ数の星が含まれているはずです。しかし、私たちの研究では、これが真実ではないことを初めて証明することができました。研究したグループでは、前尾には常に質量に近いより多くの星が含まれています。バックテールより」。

星を計算する新しい方法が開発されました

質量に近い何百万もの星の中で、どの星が尾に属しているかを特定することは、これまでほとんど不可能でした. 「これを行うには、移動の速度と方向、およびこれらの各オブジェクトの年齢を確認する必要があります」と Teresa Yarabkova 博士は説明します。 Kroupa グループで博士号を取得した研究の共著者は、最近、 欧州宇宙機関 (ESA) ガルヒングのヨーロッパ南天天文台のために。 彼女は、尾にある星を初めて正確に数えることができる方法を開発しました。 「これまでのところ、私たちの近くで 5 つの散開星団が調査されており、うち 4 つが私たちのものです」と彼女は言います。 「すべてのデータを分析したところ、現在の理論との矛盾に直面しました。 欧州宇宙機関のガイア ミッション そのために欠かせない。」

ヒアデス星団 (上) では、前部の潮汐尾の星 (黒) の数が後部よりはるかに多い。 MOND (下) を使用したコンピューター シミュレーションでは、同様の図が表示されます。 クレジット: AG Kroupa / Uni Bonn

対照的に、観測データは略して理論によりよく適合します。 モンド (「修正ニュートンダイナミクス」) 専門家の間で。 「簡単に言えば、MOND によると、スターは 2 つの異なるドアからグループを離れることができます」と Kroupa 氏は説明します。 「一方は潮汐尾部につながり、もう一方は前部につながります。しかし、最初のものは 2 番目のものよりもはるかに狭いため、星がそこを通って質量を放出する可能性は低いです。一方、ニュートンの重力理論は、両方がドアは同じ幅でなければなりません」。

星団は、ニュートンの法則が予測するよりも寿命が短い

天体物理学者のチームは、MOND に従って予想される星の分布を計算しました。 「結果は観察結果と驚くほど一致しています」と、対応するシミュレーションで重要な役割を果たした Ingo Thies 博士は強調します。 ただし、そのためには比較的単純な算術手法に頼る必要がありました。 現在、修正ニュートン力学のより詳細な分析を実行するための数学的ツールが不足しています.しかし、シミュレーションは一方で観測とも一致しました:彼らは通常開いた星団がどれくらいの期間留まるべきかを予測しました.この期間は、予想よりもはるかに短いです. 「これは長い間知られている謎を説明しています。具体的には、近くの銀河の星団が本来よりも速く消えているようです。」

ただし、MOND 理論は専門家の間で議論の余地がありません。 ニュートンの万有引力の法則は特定の条件下では有効ではなく、修正する必要があるため、これは物理学の他の分野にも広範囲に及ぶ結果をもたらします。 ボン大学のモデリングと物質の学際的研究領域のメンバーでもある Kroupa 氏は、次のように説明しています。 天体物理学者は現在、より正確なシミュレーションのための新しい数学的方法を模索しています。 次に、それらを使用して、MOND の定理が真であるかどうかについて、より多くの証拠を見つけることができます。

参考文献: 「散開星団の非対称潮汐尾: ニュートン重力に逆らうブラー星団を横切る星々」Pavel Karpa、Teresa Yarabkova、Ingo Theis、Jan Pvalam-Altenberg、Benoit Famy、Henry MJ Boffin、Jörg Dabringhausen、Giacomo Beccari、Timo Beccari 、Christian Boyle、Hossein Hajji、Zuven Wu、Jaroslav Hass、Akram Hosni Zunuzzi、Guillaume Thomas、Ladislav Uber、J Arsith アンバサダー、2022 年 10 月 26 日、 王立天文学会の月例通知.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

ボン大学に加えて、研究にはプラハのカレル大学、欧州南天天文台（[{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.

The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.