Ineenstorting van de theorieën van Newton en Einstein over lage versnelling

Een studie van de orbitale bewegingen van brede dubbelsterren bracht bewijs aan het licht dat scalaire zwaartekracht instort bij lage versnelling. De ontdekking komt overeen met een gewijzigde theorie genaamd MOND en daagt de huidige opvattingen over donkere materie uit. De implicaties voor astrofysica, natuurkunde en kosmologie zijn diepgaand, en de bevindingen zijn erkend als een belangrijke ontdekking door experts in het veld.

Een nieuwe studie rapporteert overtuigend bewijs van een recordbrekende zwaartekrachtinstorting bij de onderste versnellingslimiet, resulterend uit een verifieerbare analyse van de baanbewegingen van lange, ver uit elkaar geplaatste dubbelsterren. Deze sterren worden in de astronomie en astrofysica gewoonlijk brede dubbelsterren genoemd. De studie werd uitgevoerd door Kyu-Hyun Chae, een professor in natuurkunde en astronomie aan de Sejong University in Seoul, en gebruikte tot 26.500 brede binaries binnen 650 lichtjaar (LY), die werden opgemerkt door de Gaia-ruimtetelescoop van de European Space Agency.

methodologie

Voor een aanzienlijke verbetering ten opzichte van ander onderzoek, concentreerde Chai’s studie zich op het berekenen van de zwaartekrachtversnellingen die dubbelsterren ervaren als een functie van hun scheiding, of equivalent, omlooptijd. Dit werd bereikt door Monte Carlo-projectie van de waargenomen luchtprojectiebewegingen in een driedimensionale ruimte.

Zhai legt uit: “Vanaf het begin leek het me duidelijk dat zwaartekracht direct en effectief kon worden ervaren door versnelling te berekenen, omdat het zwaartekrachtveld zelf een versnelling is. Mijn recente onderzoekservaringen met galactische rotatiecurven brachten me op dit idee. Galactische schijven en brede dubbelsterren delen enkele overeenkomsten in hun banen, hoewel brede dubbelsterren zeer lange banen volgen, terwijl waterstofgasmoleculen in een galactische schijf bijna cirkelvormige banen volgen.”

Bovendien kalibreerde Chae de incidentie van verborgen interfererende interne diodes bij standaardversnelling, in tegenstelling tot andere onderzoeken.

Links: een dubbelstersysteem met een overlappend binair stersysteem (Credit: Wikipedia). Rechts: Zwaartekrachtafwijking bij lage acceleratie waargenomen in 20.000 wijde dubbelsterren Credit: Kyu-Hyun Chae

de bevindingen

De studie onthulde dat wanneer twee sterren om elkaar heen draaien met versnellingen van minder dan ongeveer een nanometer per vierkante seconde, ze beginnen af ​​te wijken van de voorspellingen van de wet van de universele zwaartekracht van Newton en de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Voor versnellingen van minder dan ongeveer 0,1 nanometer per seconde in het kwadraat is de waargenomen versnelling ongeveer 30 tot 40 procent hoger dan de voorspelling van Newton-Einstein. De betekenis is aanzienlijk en het voldoet aan de traditionele 5 sigma-criteria voor een wetenschappelijke ontdekking. In een steekproef van 20.000 brede diodes binnen een afstandslimiet van 650 LY vertonen twee onafhankelijke versnellerspanningen respectievelijk afwijkingen van meer dan 5 sigma significantie in dezelfde richting.

Aangezien de waargenomen versnelling sterker dan ongeveer 10 nanometer per seconde in het kwadraat goed overeenkomt met Newton-Einstein-voorspellingen uit dezelfde analyse, is de waargenomen toename in versnelling bij lagere versnelling een raadsel. Interessant is dat deze ineenstorting van de Newton-Einstein-theorie bij de zwakste versnelling 40 jaar geleden werd voorgesteld door theoretisch natuurkundige Mordehai Milgrom van het Weizmann Institute in Israël in een nieuw theoretisch kader genaamd Modified Newtonian Dynamics (MOND) of Milgrom-dynamiek in het huidige gebruik.

MOND-verbinding

De versterkingsfactor van ongeveer 1,4 werd correct voorspeld door een MOND-type Lagrangiaanse zwaartekrachttheorie genaamd AQUAL, die werd voorgesteld door Milgrom en wijlen natuurkundige Jacob Bekenstein. Bijzonder is dat voor de juiste versterkingsfactor de invloed van het externe veld nodig is Melkweg Galaxy, een unieke door MOND gemodificeerde zwaartekrachtvoorspelling. De uitgebreide binaire gegevens duiden dus niet alleen op een ineenstorting van de Newtoniaanse dynamiek, maar ook op een manifestatie van een extern veldeffect van gemoduleerde zwaartekracht.

Chai inzicht

Over de resultaten zegt Chai: “Het lijkt onmogelijk dat een of andere onbekende samenzwering of methodologie deze versnellingsmeter-afhankelijke ineenstorting van scalaire zwaartekracht zou kunnen hebben veroorzaakt in overeenstemming met AQUAL. Ik heb alle systematiek onderzocht zoals beschreven in het vrij lange artikel. De resultaten zijn echt. Ik verwacht dat de resultaten in de toekomst zullen worden bevestigd en verfijnd met betere en grotere gegevens. Ik heb ook al mijn code vrijgegeven omwille van de transparantie en om elke geïnteresseerde onderzoeker van dienst te zijn.”

Effecten en beperkingen

In tegenstelling tot de galactische rotatiecurven, waar de waargenomen verbeterde versnelling theoretisch zou kunnen worden toegeschreven aan donkere materie in standaard Newton-Einstein-zwaartekracht, zou de brede binaire dynamiek er niet door kunnen worden beïnvloed, zelfs niet als ze aanwezig waren. Standaardzwaartekracht zakt gewoon in de zwakke versnellingslimiet volgens het MOND-raamwerk.

De implicaties van brede binaire dynamica zijn diepgaand in astrofysica, theoretische fysica en kosmologie. De afwijkingen die in de negentiende eeuw in de banen van Mercurius werden waargenomen, leidden uiteindelijk tot de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Afwijkingen nu in brede binaries vereisen een nieuwe theorie die de algemene relativiteitstheorie uitbreidt tot de MOND lage versnellingslimiet.

Voor alle successen van Newtoniaanse zwaartekracht is de algemene relativiteitstheorie essentieel voor relativistische zwaartekrachtfenomenen zoals zwarte gaten en zwaartekracht golven. Evenzo is er, ondanks alle successen van de algemene relativiteitstheorie, een nieuwe theorie nodig voor het MOND-fenomeen in de zwakke versnellingslimiet. De catastrofe van zwakke zwaartekrachtversnelling kan enige gelijkenis vertonen met de ultraviolette catastrofe van de klassieke elektrodynamica die leidde tot de kwantumfysica.

Een revolutie in de natuurkunde

Brede binaire aberraties zijn rampzalig voor standaardzwaartekracht en een kosmologie die steunt op concepten van donkere materie en donkere energie. Omdat de zwaartekracht MOND volgt, is de grote hoeveelheid donkere materie in sterrenstelsels (en zelfs in het heelal) niet langer nodig. Dit is een grote verrassing voor Chai die, net als normale wetenschappers, tot een paar jaar geleden in donkere materie ‘geloofde’.

Het lijkt erop dat er een nieuwe revolutie in de natuurkunde aan de gang is. Met betrekking tot de huidige bevindingen en toekomstige vooruitzichten zegt Milgrom: “De ontdekking van Chai is het resultaat van een zeer diepgaande analyse van geavanceerde gegevens, die, voor zover ik kan beoordelen, met grote zorg en precisie is uitgevoerd. Maar om zo’n ontdekking als verstrekkend te laten zijn – en het is in feite verreikend – hebben we bevestiging nodig door onafhankelijke analyses, bij voorkeur met betere toekomstige gegevens. het inderdaad eens is met de meest directe voorspellingen van MOND, zou dit enorme implicaties hebben voor astrofysica, kosmologie en fundamentele fysica in het algemeen.”

Meningen van collega’s

Xavier Hernandez, een professor aan de UNAM in Mexico, die tien jaar geleden voor het eerst uitgebreide binaire zwaartekrachttests voorstelde, zegt: “Het is opwindend dat de afwijking van de Newtoniaanse zwaartekracht die mijn groep al een tijdje beweert onafhankelijk is bevestigd, en het is indrukwekkend dat dit is geïdentificeerd.” Vertrek voor de eerste keer correct aangezien het nauwkeurig overeenkomt met een gedetailleerd MOND-model.Nooit eerder gezien Nauwkeurigheid Van de Gaia-satelliet maken Chae’s grote en zorgvuldig geselecteerde monster en zijn gedetailleerde analyse zijn resultaten sterk genoeg om als een ontdekking te kwalificeren.”

Pavel Krupa, een professor aan de Universiteit van Bonn en de Charles Universiteit in Praag, kwam tot dezelfde conclusies met betrekking tot de wet van de zwaartekracht. Hij zegt: “Met deze test op brede dubbelsterren en onze tests op open sterrenhopen dicht bij de zon, geven de gegevens nu overtuigend aan dat de zwaartekracht Milgromiaans is in plaats van Newtoniaans. De implicaties voor alle astrofysica zijn enorm.”

De ontdekking werd gepubliceerd in het nummer van 1 augustus 2023 van de Astrofysisch tijdschrift.

Referentie: “Record Newton-Einstein Gravity Collapse at Low Accelerations in the Internal Dynamics of Massive Binary Stars” door Kyu Hyun-chae, 24 juli 2023, hier beschikbaar. Astrofysisch tijdschrift.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101