Il satellite Gaia potrebbe aver convalidato Mond, una teoria alternativa della gravità che evita la materia oscura

La Sejong University di Seoul, in Corea del Sud, ha recentemente pubblicato una dichiarazione sul suo sito Web sul recente lavoro che è apparso in un articolo diGiornale astrofisico Scritto da Kyu Hyun Chae, Professore di Fisica e Astronomia in questa università. Leggerlo ha un effetto bomba, almeno per chi non è ricercatore in questo campo. e non sappiamo ancora molto bene che cosa ne dirà la comunità scientifica, né se un trattato che vi è scoperto sosterrà un esame più approfondito di uno che è già stato autorizzato alla pubblicazione e al quale possiamo liberamente consultare. arXiv.

Non giriamo più intorno al cespuglio. Se il ricercatore ha ragione, siamo sull’orlo di una rivoluzione nella fisica fondamentale con la prova in primo luogo che la teoria della gravità, sia quella di Newton che quella di Einstein, deve essere modificata, e portata in una forma compatibile con le equazioni proposte nel 1984 da i famosi israeliani Mordehai Milgrom e Jacob Bekenstein, ispirati a quelli proposti, già nel 1982, da Milgrom nell’ambito della sua opera. Dinamica newtoniana modificataconosciuto oggi con l’acronimo Mond.

In secondo luogo, la teoria proposta da Milgrom e Bekenstein consente, in una certa misura, di fare a meno dell’ipotesi dell’esistenza di particelle di materia oscura, particelle mai viste prima, né negli acceleratori né nei rivelatori sepolti, e con le quali la maggior parte dei fisici delle particelle e degli astrofisici prevedeva la scoperta prima della fine del 2010.

Materia oscura, la chiave per la formazione delle galassie?

Ricordiamo che allo stato attuale delle conoscenze queste particelle sono necessarie per spiegare certe proprietà della radiazione fossile così come quelle delle galassie, se non consideriamo una teoria della gravità diversa da quella di Einstein.

È la materia oscura che, nel suo rapido collasso gravitazionale dal Big Bang, ha causato e continua a causare il collasso della materia così come la conosciamo in galassie e poi in ammassi di galassie che si sono uniti per secoli. miliardi di anni per formarsi – una misura della struttura filamentosa che osserviamo nell’universo. Senza la materia oscura le galassie oggi non esisterebbero, comunque sempre secondo le nostre conoscenze di fisica e se non avessimo modificato le leggi di gravità.

Per 13,8 miliardi di anni, l’universo ha continuato ad evolversi. Contrariamente a quanto ci dicono i nostri occhi quando contempliamo il cielo, in cosa consiste è tutt’altro che statico. I fisici hanno osservazioni in diverse età dell’universo ed eseguono simulazioni in cui ricreano l’universo e la sua evoluzione. La materia oscura sembra aver svolto un ruolo importante fin dall’inizio dell’universo per formare le grandi strutture osservate oggi. © Ricerca CEA

A livello di galassie e ammassi di galassie, una teoria che rispetta la struttura formale di Mond prevede che la forza gravitazionale diminuisca in un tempo meno rapido quando ci si allontana da una fonte attrattiva rispetto a quanto previsto dalle equazioni di Newton e Chi è più forte Einstein. Si osserva così che nubi di gas e stelle soggette all’influenza della forza gravitazionale accelerano più del previsto su lunghe distanze o più semplicemente quando la teoria di Newton prevede un’accelerazione minore di una certa accelerazione. Al centro di Mond c’è l’ipotesi che invece di obbedire alla seconda legge di Newton, F = ma, la forza dovuta alla gravità si comporti secondo l’equazione F = ma² / UN₀ Entro limiti di accelerazione molto bassi (aa₀ ∼ 1,2 x 10^{– 10} SM²).

Ma tutto accade quasi come se la galassia contenesse effettivamente più materia di quanta se ne possa dedurre dalla sua luminosità di stella. Pertanto, se non vogliamo cambiare le leggi di gravità, ci saranno distribuzioni di massa che non si irradiano o sono molto piccole. Sappiamo che non può essere materia ordinaria sotto forma di gas freddo perché la quantità di massa è così grande che alla fine del Big Bang avrebbe modificato i rapporti tra le abbondanze degli isotopi di idrogeno e d. Elio, durante il famoso processo di nucleosintesi primordiale.

Aquale, un avatar di Mond basato sulle leggendarie equazioni di Lagrange

Sappiamo che il Modello Standard in cosmologia presuppone l’esistenza di questa strana materia oscura, ma in realtà, anche supponendo che non esista e che si debba invocare Mound, la teoria del Big Bang sarebbe comunque ampiamente valida. Tuttavia, secondo Kyu-Hyun Chae, dovremmo ora adottare, invece della teoria della gravità di Einstein, una teoria elaborata da Milgrom e Bekenstein, sotto il nome Teoria Lagrangiana AQUAdratica (Akual).

Aqual è una variante di Mond che non presenta tre grossi difetti. Infatti, pur risolvendo alcuni problemi, la versione iniziale di Mond violava tre leggi fondamentali della fisica, la conservazione dell’energia, la quantità di moto e il momento angolare. Questo non è automaticamente il caso di una teoria basata sulla lagrangiana. La lagrangiana compare nelle teorie ispirate alla meccanica analitica Lagrange Sono la base di tutte le teorie fondamentali conosciute delle forze e della materia. Non è un caso che molti dei famosi trattati di fisica teorica del leggendario fisico russo Lev Landau inizino con il presupposto che lagrangiana.

Tuttavia, Aqual non è ancora soddisfacente nella sua forma attuale (sebbene sia compatibile con il famoso principio di equivalenza debole) perché deve essere compatibile con la relatività ristretta e ci sono problemi con questo, una versione relativistica chiamata Raqual non è realmente compatibile con le osservazioni per quanto riguarda gli ammassi di galassie per esempio.

Ma come mai Kyu Hyun Chae è arrivato oggi a suggerirci di intraprendere la strada indicata da Aqual per modificare le equazioni della relatività generale?

Moti anomali delle stelle nei sistemi binari

Il ricercatore si è basato sui dati astronomici sui movimenti di oltre 26.000 stelle doppie monitorate dal telescopio spaziale Gaia dell’Agenzia spaziale europea entro un raggio di 650 anni luce attorno al sole. Le stelle in questi sistemi binari orbitano l’una intorno all’altra a distanze sufficientemente grandi da entrare nel sistema delle deboli accelerazioni Mond pur essendo sufficientemente isolate da diverse influenze che non si possono assegnare accelerazioni misurate al posto della gravità (sarebbe difficile giocare a questo gioco) nel sistema solare o sulla Terra in particolare). Né possiamo introdurre effetti di materia oscura su questa scala, che si riferiscono solo a due stelle e non al movimento di una stella nel campo gravitazionale di una galassia.

I dati di Gaia sembrano dimostrare che i moti di queste stelle non rispettano le leggi di Newton e comunque secondo Kyu-Hyun Chae le violazioni osservate sono fino al famoso 5 sigma che permette di parlare della scoperta perché non ce ne sarà una su una milioni. Possibilità di notare solo l’effetto del caso.

Manteniamo la calma e aspettiamo diverse altre verifiche indipendenti prima di rivendicare la morte della materia oscura e della relatività generale.

Tuttavia, sappiamo già cosa ha in mente Milgrom: La scoperta di Chai è il risultato di un’analisi avanzata dei dati molto complessa, che, per quanto ne so, è stata eseguita con grande cura e precisione. Ma per una scoperta di così vasta portata – ed è davvero di vasta portata – abbiamo bisogno di conferme con analisi indipendenti, preferibilmente con dati prospettici migliori. Se questa anomalia fosse confermata come una violazione della dinamica newtoniana, e soprattutto se concordasse davvero con la previsione più semplice di Mond, avrebbe enormi implicazioni per l’astrofisica, la cosmologia e la fisica fondamentale in generale. »

Sappiamo anche cosa Xavier Hernandez, professore all’Università Nazionale Autonoma del Messico (in spagnolo: Università Nazionale Autonoma del MessicoUNAM), che dieci anni fa propose per primo di testare le leggi di gravità con stelle binarie molto distanziate: È emozionante che la deviazione dalla gravità newtoniana che il mio gruppo rivendicava da tempo sia stata ora confermata in modo indipendente… La risoluzione senza precedenti del satellite Gaia, il grande campione meticolosamente selezionato utilizzato da Chae e la sua dettagliata analisi, risulta abbastanza potente da poter essere definito una scoperta. »

Aspettiamo ancora un po’ per pensarci davvero, suggerisce lo stesso Milgrom.

Nel 2016, Stacy McGough ha tenuto questo discorso sui motivi per cui ricercatori come lui si sono rivolti alla teoria di Mond proposta dal fisico israeliano Mordehai Milgrom nei primi anni ’80. Stacy McGough era una forte sostenitrice dell’esistenza delle particelle di materia oscura all’inizio della sua carriera ed è quindi in ritardo, vedendo le discrepanze tra le previsioni della teoria della materia oscura nel mondo galattico e, al contrario, i successi che ha incontrato naturalmente all’interno del generale struttura. Milgrom lo ha spiegato modificando le leggi della meccanica celeste di Newton, che Stacy McGough, come Planck quando ha scoperto la meccanica quantistica, ha ceduto riconoscendo la necessità di cambiare le leggi fondamentali della gravità e di non introdurre nuove particelle nell’astrofisica. Per una traduzione francese più o meno accurata, clicca sul rettangolo bianco in basso a destra. Dovrebbe apparire la traduzione inglese. Quindi fai clic sul dado a destra del rettangolo, quindi fai clic su Sottotitoli e infine Sottotitoli automaticamente. Scegli “Francese”. © Ted