뉴턴의 만유인력 법칙이 잘못된 것인가: 연구원 관찰의 미스터리

천체 물리학자들은 일부 성단을 분석하는 동안 수수께끼 같은 발견을 했습니다. 이 발견은 뉴턴의 중력 법칙을 무시합니다. 대신, 관측 결과는 대체 중력 이론의 예측과 일치합니다. (외계 중력의 기술적 개념.)

발견은 고전적인 가정으로 설명할 수 없습니다.

천체 물리학자로 구성된 국제 팀이 일부 성단을 분석하는 동안 수수께끼 같은 발견을 했습니다. 이 발견은 뉴턴의 만유인력 법칙을 무시한다고 연구원들은 그들의 간행물에 적었습니다. 대신, 관측 결과는 대체 중력 이론의 예측과 일치합니다. 그러나 이는 전문가들 사이에서 논란이 되고 있다. 그 결과는 현재 왕립천문학회의 월간통지(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 실렸다. 본 대학은 이 연구에서 중요한 역할을 했습니다.

그들의 작업에서 연구원들은 나선 은하와 불규칙 은하에서 발견되는 수십에서 수백 별의 연결되지 않은 그룹인 소위 열린 성단을 조사했습니다. 산개 성단은 거대한 가스 구름에서 짧은 시간 안에 수천 개의 별이 태어날 때 형성됩니다. 그것이 “점화”되면 은하계에서 새로 온 사람들이 가스 구름의 잔해를 날려 버립니다. 이 과정에서 질량이 크게 확장됩니다. 이것은 수십에서 수천 개의 별의 느슨한 형성을 만듭니다. 질량은 그들 사이에서 작용하는 약한 중력에 의해 함께 유지됩니다.

본 대학의 헬름홀츠 방사선 및 핵 물리학 연구소의 파벨 크루파(Pavel Krupa) 교수는 “대부분의 경우 산개성단은 녹기까지 몇 억 년 밖에 살지 못합니다.”라고 설명합니다. 그 과정에서 별은 정기적으로 사라지고 소위 “조석 꼬리”에 축적됩니다. 이 꼬리 중 하나는 공간을 이동할 때 블록 뒤로 당겨집니다. 차례로 다른 쪽이 선봉장처럼 주도권을 잡습니다.

본 대학의 헬름홀츠 방사선 및 핵 물리학 연구소의 파벨 크루파(Pavel Krupa) 교수. 크레딧: Volker Lanert/본 대학교

헬름홀츠 방사선 및 핵물리학 연구소의 Jan Pvalam-Altenberg 박사는 “뉴턴의 중력 법칙에 따르면 어느 꼬리가 사라진 별에서 끝나는지는 우연의 문제입니다.”라고 설명합니다. “따라서 양쪽 끝에는 거의 같은 수의 별이 있어야 합니다. 그러나 우리 연구에서 이것이 사실이 아님을 처음으로 증명할 수 있었습니다. 우리가 연구한 그룹에서 앞 꼬리에는 항상 질량에 가까운 별이 더 많이 포함되어 있습니다. 뒷꼬리보다 ” .

별을 계산하는 새로운 방법이 개발되었습니다.

질량에 가까운 수백만 개의 별 중에서 어느 것이 꼬리에 속하는지 결정하는 것은 지금까지 거의 불가능했습니다. Teresa Yarabkova 박사는 “이렇게 하려면 이동 속도와 방향, 각 물체의 나이를 살펴봐야 합니다.”라고 설명합니다. Kroupa 그룹에서 박사 학위를 받은 연구 공동 저자는 최근 이사를 했습니다. 유럽 ​​우주국(ESA) Garching에 있는 유럽 남방 천문대. 그녀는 처음으로 꼬리에 있는 별을 정확하게 셀 수 있는 방법을 개발했습니다. “지금까지 우리가 4개를 포함하여 5개의 열린 클러스터를 우리 근처에서 조사했습니다.”라고 그녀는 말합니다. “우리가 모든 데이터를 분석했을 때 우리는 현재 이론과 모순에 직면했습니다. 매우 정확한 조사 데이터는 유럽 ​​우주국의 가이아 임무 이를 위해 필수 불가결하다.”

Hyades 성단(위)에서 앞쪽 조석 꼬리에 있는 별(검정색)의 수는 뒤쪽보다 훨씬 많습니다. MOND(아래)를 사용한 컴퓨터 시뮬레이션에서 비슷한 그림이 나타납니다. 크레딧: AG Kroupa / Uni Bonn

대조적으로, 관찰 데이터는 단기 이론에 더 잘 맞습니다. 몬드 (“수정된 뉴턴 역학”) 전문가 사이. “단순히 MOND에 따르면 별은 두 개의 다른 문을 통해 그룹을 떠날 수 있습니다.”라고 Kroupa는 설명합니다. “하나는 꼬리 조석 뒤쪽으로, 다른 하나는 앞쪽으로 이어집니다. 그러나 첫 번째는 두 번째 것보다 훨씬 좁습니다. 그래서 별이 그것을 통해 질량을 떠날 것 같지 않습니다. 반면에 뉴턴의 중력 이론은 둘 다 문은 너비가 같아야 합니다.”

성단은 뉴턴의 법칙이 예측하는 것보다 수명이 짧습니다.

천체 물리학자 팀은 MOND에 따라 예상되는 항성 분포를 계산했습니다. 해당 시뮬레이션에서 핵심 역할을 한 Ingo Thies 박사는 “결과는 관찰 결과와 놀라울 정도로 일치했습니다.”라고 강조합니다. 그러나 그렇게 하려면 비교적 간단한 산술 방법에 의존해야 했습니다. 우리는 현재 수정된 뉴턴 역학에 대한 보다 자세한 분석을 수행할 수 있는 수학적 도구가 부족합니다.” 그러나 시뮬레이션은 다른 한편으로는 관측과 일치하기도 했습니다: 그들은 정상적으로 열린 성단이 얼마나 오래 남아 있어야 하는지를 예측했습니다. 이 기간은 Kroupa는 “이것은 오랫동안 알려진 미스터리를 설명합니다. 특히, 근처 은하의 성단은 생각보다 빨리 사라지는 것 같습니다.”라고 말했습니다.

그러나 MOND 이론은 전문가들 사이에서 논란의 여지가 없습니다. 뉴턴의 중력 법칙은 특정 조건에서는 유효하지 않지만 수정되어야 하기 때문에 다른 물리학 분야에도 광범위한 영향을 미칠 것입니다. “그리고 다시, 그것은 오늘날 우주론이 직면한 많은 문제를 해결합니다.”라고 Bonn 대학의 모델링 및 물질의 학제간 연구 영역의 일원이기도 한 Kroupa가 설명합니다. 천체 물리학자들은 이제 보다 정확한 시뮬레이션을 위해 새로운 수학적 방법을 모색하고 있습니다. 그런 다음 MOND 정리가 참인지 여부에 대한 더 많은 증거를 찾는 데 사용할 수 있습니다.

참조: Pavel Karpa, Teresa Yarabkova, Ingo Theis, Jan Pvalam-Altenberg, Benoit Famy, Henry MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Beccari의 “개방형 성단의 비대칭 조석 꼬리: 뉴턴 중력을 무시하는 브라 성단을 가로지르는 별” , Christian Boyle, Hossein Hajji, Zuven Wu, Jaroslav Hass, Akram Hosni Zunuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Uber 및 J Arsith 대사, 2022년 10월 26일, 왕립천문학회 월간 공지.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

본 대학 외에도 프라하의 카를 대학, 유럽 남방 천문대(European Southern Observatory)가 연구에 포함되었습니다.[{” 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.