بررسی قوانین نیوتن/ آیا باید به دنبال نظریات تازه بود؟

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، این یافته را نمی‌توان با مفروضات کلاسیک توضیح داد.

یک تیم بین المللی از اخترفیزیکدانان در حین تجزیه و تحلیل خوشه‌های ستاره‌ای خاص به کشف گیج کننده‌ای دست یافته اند. محققان در انتشارات خود می‌نویسند که این یافته قوانین گرانش نیوتن را به چالش می‌کشد. در عوض، مشاهدات با پیش‌بینی‌های یک نظریه جایگزین گرانش سازگار است.

با این حال، این موضوع در بین کارشناسان بحث برانگیز است. نتایج در حال حاضر در اعلامیه‌های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم منتشر شده است.

محققان در کار خود به بررسی خوشه‌های ستاره‌ای باز پرداختند که گروه‌هایی از چند ده تا چند صد ستاره هستند که در کهکشان‌های مارپیچی و نامنظم یافت می‌شوند. خوشه‌های باز زمانی تشکیل می‌شوند که هزاران ستاره در مدت کوتاهی در یک ابر گازی عظیم متولد شوند. همانطور که آن‌ها "اشتعال" می‌کنند، تازه واردان کهکشانی بقایای ابر گاز را منفجر می‌کنند. در این فرآیند، خوشه تا حد زیادی گسترش می‌یابد.

این یک شکل گیری شل از چند ده تا چند هزار ستاره ایجاد می‌کند. این خوشه توسط نیرو‌های گرانشی ضعیفی که بین آن‌ها عمل می‌کنند به هم متصل می‌شود.

پروفسور دکتر پاول کروپا از موسسه تابش و فیزیک هسته‌ای هلمهولتز در دانشگاه بن توضیح می‌دهد: در بیشتر موارد، خوشه‌های ستاره‌ای باز تنها چند صد میلیون سال قبل از حل شدن زنده می‌مانند. در این فرآیند، آن‌ها به طور منظم ستاره‌هایی را از دست می‌دهند که در دو به اصطلاح "دم جزر و مدی" جمع می‌شوند.

یکی از این دم‌ها هنگام حرکت در فضا به پشت خوشه کشیده می‌شود. در مقابل، دیگری مانند یک سر نیزه رهبری را به دست می‌گیرد.

پروفسور دکتر پاول کروپا از موسسه پرتو و فیزیک هسته‌ای هلمهولتز در دانشگاه بن.

دکتر Jan Pflamm-Altenburg از مؤسسه تشعشعات و فیزیک هسته‌ای هلمهولتز توضیح می‌دهد: طبق قوانین گرانش نیوتن، یک ستاره گمشده در کدام یک از دم‌ها قرار می‌گیرد؛ بنابراین هر دو دم باید تقریباً دارای تعداد یکسانی ستاره باشند. با این حال، در کارمان توانستیم برای اولین بار ثابت کنیم که این درست نیست: در خوشه‌هایی که مطالعه کردیم، دم جلویی همیشه دارای تعداد قابل توجهی ستاره‌های بیشتری در نزدیکی خوشه نسبت به دم عقب است.

روش جدیدی برای شمارش ستارگان ایجاد شده است

از میان میلیون‌ها ستاره نزدیک به یک خوشه، تعیین ستاره‌هایی که به دم آن تعلق دارند - تا کنون تقریباً غیرممکن بوده است. دکتر ترزا جرابکووا توضیح می‌دهد: برای انجام این کار، باید به سرعت، جهت حرکت و سن هر یک از این اجسام نگاه کنید. یکی از نویسندگان مقاله، که دکترای خود را در گروه کروپا گذرانده بود، اخیراً از آژانس فضایی اروپا (ESA) به رصدخانه جنوبی اروپا در گارچینگ نقل مکان کرد.

او روشی را ابداع کرد که به او امکان می‌داد برای اولین بار ستاره‌های دم را به دقت بشمارد. او می‌گوید: «تاکنون، پنج خوشه باز در نزدیکی ما بررسی شده است، از جمله چهار مورد توسط ما. زمانی که همه داده‌ها را تجزیه و تحلیل کردیم، با تئوری فعلی در تضاد مواجه شدیم. داده‌های بررسی دقیق از مأموریت فضایی گایا ESA برای این امر ضروری بود.

در خوشه ستاره‌ای «هیادس» (بالا)، تعداد ستارگان (سیاه) در دم جزر و مدی جلو به طور قابل توجهی بیشتر از ستاره‌های عقب است. در شبیه سازی کامپیوتری با MOND (در زیر)، تصویر مشابهی ظاهر می‌شود.

در مقابل، داده‌های رصدی با نظریه‌ای که با نام اختصاری MOND («دینامیک نیوتنی اصلاح‌شده») در میان کارشناسان مطابقت دارد، بسیار بهتر است. کروپا توضیح می‌دهد: به بیان ساده، طبق گفته MOND، ستارگان می‌توانند از یک خوشه از دو در متفاوت عبور کنند. «یکی به دم جزر و مدی عقب منتهی می‌شود، دیگری به جلو. با این حال، اولی بسیار باریکتر از دومی است - بنابراین احتمال اینکه ستاره‌ای از طریق آن خوشه را ترک کند کمتر است. از سوی دیگر، نظریه گرانش نیوتن پیش‌بینی می‌کند که هر دو در باید یک عرض داشته باشند.

خوشه‌های ستاره‌ای کمتر از آنچه قوانین نیوتن پیش بینی می‌کند عمر می‌کنند

گروهی از اخترفیزیکدانان توزیع ستاره‌ای مورد انتظار را بر اساس MOND محاسبه کردند. دکتر Ingo Thies که نقشی کلیدی در شبیه‌سازی‌های مربوطه داشت، تأکید می‌کند: نتایج به‌طور شگفت‌آوری با مشاهدات مطابقت دارد. با این حال، برای انجام این کار مجبور بودیم به روش‌های محاسباتی نسبتاً ساده متوسل شویم. ما در حال حاضر فاقد ابزار‌های ریاضی برای تجزیه و تحلیل دقیق‌تر دینامیک نیوتنی اصلاح شده هستیم.

با این وجود، شبیه‌سازی‌ها از جنبه دیگری نیز با مشاهدات منطبق شدند: آن‌ها پیش‌بینی کردند که خوشه‌های ستاره‌ای باز معمولاً چه مدت باید زنده بمانند؛ و این بازه زمانی به طور قابل توجهی کوتاهتر از آن چیزی است که طبق قوانین نیوتن انتظار می‌رود. کروپا اشاره می‌کند: این رازی را توضیح می‌دهد که برای مدت طولانی شناخته شده است. یعنی، به نظر می‌رسد که خوشه‌های ستاره‌ای در کهکشان‌های نزدیک سریع‌تر از آنچه باید ناپدید می‌شوند.

با این حال، تئوری MOND در میان کارشناسان بی‌مناقشه نیست. از آنجایی که قوانین گرانش نیوتن در شرایط خاصی معتبر نیستند، اما باید اصلاح شوند، این امر پیامد‌های گسترده‌ای برای سایر حوزه‌های فیزیک نیز خواهد داشت. 

کروپا، که همچنین یکی از اعضای حوزه‌های تحقیقاتی فرا رشته‌ای «مدلینگ» و «ماده» در دانشگاه بن است، توضیح می‌دهد: بسیاری از مشکلاتی که امروزه کیهان‌شناسی با آن مواجه است را حل می‌کند. اخترفیزیکدانان اکنون در حال بررسی روش‌های ریاضی جدید برای شبیه سازی دقیق‌تر هستند. سپس می‌توان از آن‌ها برای یافتن شواهد بیشتر در مورد درستی یا نبودن نظریه MOND استفاده کرد.