Astrofysikere gjør observasjoner i samsvar med spådommene til en alternativ teori om tyngdekraften

Et internasjonalt team av astrofysikere har gjort en forvirrende oppdagelse mens de analyserte visse stjernehoper. Funnet utfordrer Newtons tyngdelover, skriver forskerne i sin publikasjon. I stedet er observasjonene i samsvar med spådommene til en alternativ teori om tyngdekraften. Dette er imidlertid kontroversielt blant eksperter. Resultatene er nå publisert i Månedlige meldinger fra Royal Astronomical Society.

I sitt arbeid undersøkte forskerne åpne stjernehoper. Disse dannes når tusenvis av stjerner blir født i løpet av kort tid i en enorm gassky. Når de «tenner», blåser de galaktiske nykommerne bort restene av gasskyen. I prosessen utvides klyngen betraktelig. Dette skaper en løs formasjon på flere dusin til flere tusen stjerner. De svake gravitasjonskreftene som virker mellom dem holder klyngen sammen.

“I de fleste tilfeller overlever åpne stjernehoper bare noen få hundre millioner år før de går i oppløsning,” forklarer prof. Dr. Pavel Kroupa ved Helmholtz Institute of Radiation and Nuclear Physics ved Universitetet i Bonn. I prosessen mister de jevnlig stjerner, som samler seg i to såkalte «tidevannshaler». En av disse halene trekkes bak klyngen når den beveger seg gjennom verdensrommet. Den andre tar derimot ledelsen som en spydspiss.

“I henhold til Newtons tyngdelover er det et spørsmål om tilfeldigheter i hvilken av halene en tapt stjerne havner,” forklarer Dr. Jan Pflamm-Altenburg ved Helmholtz Institute of Radiation and Nuclear Physics. “Så begge halene bør inneholde omtrent like mange stjerner. I vårt arbeid klarte vi imidlertid for første gang å bevise at dette ikke stemmer: I klynger vi studerte, inneholder den fremre halen alltid betydelig flere stjerner i nærheten av klynge enn den bakre halen.”

Ny metode utviklet for å telle stjerner

Til nå har det vært nesten umulig å avgjøre blant de millioner av stjerner nær en klynge de som tilhører halene. “For å gjøre dette, må du se på hastigheten, bevegelsesretningen og alderen til hver av disse objektene,” forklarer Dr. Tereza Jerabkova. Medforfatteren av papiret, som tok doktorgraden i Kroupas gruppe, flyttet nylig fra European Space Agency (ESA) til European Southern Observatory i Garching. Hun utviklet en metode som gjorde at hun kunne telle stjernene i halene nøyaktig for første gang.

– Så langt har fem åpne klynger blitt undersøkt i nærheten av oss, inkludert fire av oss, sier hun. “Da vi analyserte alle dataene, møtte vi motsetningen med den gjeldende teorien. De svært presise undersøkelsesdataene fra ESAs Gaia-romoppdrag var uunnværlige for dette.”

De observasjonsdata, derimot, passer mye bedre med en teori som går under akronymet MOND (“MOdified Newtonian Dynamics”) blant eksperter. “Forenklet sagt, ifølge MOND, kan stjerner forlate en klynge gjennom to forskjellige dører,” forklarer Kroupa. “Den ene fører til den bakre tidevannet hale, den andre foran. Den første er imidlertid mye smalere enn den andre – så det er mindre sannsynlig at en stjerne vil forlate klynge gjennom det. Newtons gravitasjonsteori forutsier derimot at begge dørene skal ha samme bredde.”

Stjernehoper er kortere enn Newtons lover forutsier

Teamet beregnet den forventede stjernefordelingen i henhold til MOND. “Resultatene samsvarer overraskende godt med observasjonene,” fremhever Dr. Ingo Thies, som spilte en nøkkelrolle i de tilsvarende simuleringene. “Men vi måtte ty til relativt enkle beregningsmetoder for å gjøre dette. Vi mangler for tiden matematiske verktøy for mer detaljerte analyser av modifisert newtonsk dynamikk.”

Likevel falt simuleringene også sammen med observasjonene på en annen måte: De spådde hvor lenge åpne stjernehoper typisk skulle overleve. Og dette tidsrommet er betydelig kortere enn man ville forvente i henhold til Newtons lover. “Dette forklarer et mysterium som har vært kjent i lang tid,” påpeker Kroupa. “Nemlig stjernehoper i nærliggende galakser ser det ut til å forsvinne raskere enn de burde.”

MOND-teorien er imidlertid ikke ubestridt blant eksperter. Siden Newtons tyngdelover ikke ville være gyldige under visse omstendigheter, men måtte modifiseres, ville dette få vidtrekkende konsekvenser også for andre områder av fysikken. “Igjen, det løser mange av problemene som kosmologi står overfor i dag,” forklarer Kroupa. Teamet utforsker nå nye matematiske metoder for enda mer nøyaktige simuleringer. De kan deretter brukes til å finne ytterligere bevis på om MOND-teorien er riktig eller ikke.

---

---