Verwarrende astronomische waarnemingen ondersteunen alternatieve zwaartekrachttheorie

Astrofysici hebben enig raadselachtig gedrag waargenomen in sterrenhopen dat ons huidige begrip van zwaartekracht op kosmische schalen lijkt te tarten. Intrigerend genoeg passen de waarnemingen bij een alternatieve zwaartekrachttheorie die de behoefte aan donkere materie zou kunnen tenietdoen.

Hoewel het sindsdien is vervangen door Einsteins algemene relativiteitstheorie, geldt Newtons wet van universele zwaartekracht nog steeds redelijk goed als een verklaring voor de grootschalige structuur en bewegingen van het universum. Maar nu zijn er nieuwe waarnemingen gedaan die niet helemaal passen bij deze momenteel geaccepteerde modellen.

Een internationaal team van astrofysici had onderzoek gedaan naar open sterrenhopen, die duizenden jonge sterren bevatten die geboren zijn uit een grote wolk van stof en gas. Deze clusters hebben een relatief korte levensduur voordat ze oplossen, omdat de sterren in twee „staarten“ afdrijven – één voor de cluster en één erachter.

„Volgens de zwaartekrachtwetten van Newton is het een kwestie van toeval in welke van de staarten een verloren ster terechtkomt“, zei Dr. Jan Pflamm-Altenburg, co-auteur van de studie. “Dus beide staarten zouden ongeveer hetzelfde aantal sterren moeten bevatten. In ons werk konden we echter voor het eerst bewijzen dat dit niet waar is: in de sterrenhopen die we hebben bestudeerd, bevat de voorstaart altijd significant meer sterren in de buurt van de cluster dan de achterstaart.

In het verleden was het lastig om te bepalen welke van de sterren van een cluster tot welke staart behoren, maar de onderzoekers van de nieuwe studie hebben een methode ontwikkeld om dit te doen. Ze noemen het de Jerabkova-compact-convergent-point (CCP)-methode, en deze werd toegepast op gegevens over vier open sterrenhopen die werden verzameld door onderzoeken zoals de Gaia-missie. Tot hun verbazing ontdekten ze dat in alle vier de clusters de voorste staart veel meer sterren had dan de achterste, in een schijnbare tegenspraak met de wetten van Newton.

Het team simuleerde vervolgens de bewegingen van sterren in deze clusters volgens een andere hypothese, die bekend staat als Modified Newtonian Dynamics (MOND). In wezen suggereert dit model dat de effecten van de zwaartekracht sterker zijn bij lage versnellingen dan in de wetten van Newton. En intrigerend genoeg kwamen de voorspellingen van dit model goed overeen met de waarnemingen.

„Simpel gezegd, volgens MOND kunnen sterren een cluster verlaten door twee verschillende deuren“, zegt professor Pavel Kroupa, eerste auteur van het onderzoek. “De ene leidt naar de achterste getijdenstaart, de andere naar de voorkant. De eerste is echter veel smaller dan de tweede – dus het is minder waarschijnlijk dat een ster de cluster erdoorheen zal verlaten. De zwaartekrachttheorie van Newton daarentegen voorspelt dat beide deuren dezelfde breedte moeten hebben.”

Boven: een grafiek van de verdeling van sterren in de Hyades-cluster, zoals te zien is in astronomische waarnemingen.  Onder: een computersimulatie van MOND, die een vergelijkbare verdeling laat zien
Boven: een grafiek van de verdeling van sterren in de Hyades-cluster, zoals te zien is in astronomische waarnemingen. Onder: een computersimulatie van MOND, die een vergelijkbare verdeling laat zien

AG Kroupa/Uni Bonn

Dit is niet de enige manier waarop het MOND-model beter past bij waarnemingen in de echte wereld. Er is gevonden dat sterclusters in nabije sterrenstelsels sneller oplossen dan de wetten van Newton voorspellen – maar dit zou een natuurlijk bijproduct van MOND zijn.

Een andere belangrijke implicatie van MOND zou de astrofysica zoals we die kennen op zijn kop kunnen zetten – als het waar was, zou donkere materie niet bestaan. Deze mysterieuze substantie werd in de jaren dertig tevoorschijn getoverd om discrepanties in de waargenomen beweging van sterren en sterrenstelsels te verklaren, die veel te snel bleken te bewegen voor de massa die ze blijkbaar bevatten. Donkere materie vult het gat door enorme hoeveelheden onzichtbare massa toe te voegen, waar wetenschappers sindsdien naar op zoek zijn. Decennia van experimenten die zijn ontworpen om donkere materiedeeltjes te detecteren, zijn leeg gebleken.

Toch is donkere materie de heersende theorie, omdat het veel waargenomen kenmerken van het universum heel goed verklaart en er genoeg ander bewijs is dat wijst op het bestaan ​​ervan. Hoewel er ander observationeel bewijs is dat MOND ondersteunt, blijft het een marginale hypothese die niet algemeen wordt aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap.

De onderzoekers van de nieuwe studie onderzoeken momenteel andere methoden om nauwkeurigere simulaties te produceren, die vervolgens kunnen worden toegepast op andere astronomische objecten om meer bewijs voor of tegen MOND te vinden.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.

Bron: Universiteit van Bonn

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert