Κοσμική μάχη: εμβαθύνοντας στη μάχη μεταξύ της σκοτεινής ύλης και της τροποποιημένης βαρύτητας – Physics World

Φανταστείτε εάν, με μια πτώση, με μια μικρή προσαρμογή στους νόμους της βαρύτητας, θα μπορούσατε να διώξετε την ανάγκη για όλη τη σκοτεινή ύλη στο σύμπαν. Θα απαλλάσσατε τον εαυτό σας από ένα ενοχλητικό σωματίδιο που μόνο συνάγεται ότι υπάρχει και μέχρι στιγμής έχει αψηφήσει την ανακάλυψη. Αντίθετα, θα την αντικαταστήσετε με μια κομψή θεωρία που τροποποιεί το θεμελιώδες έργο του Ισαάκ Νεύτωνα και του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Τουλάχιστον αυτό είναι το όνειρο της τροποποιημένης Νευτώνειας δυναμικής, ή MOND. Αναπτύχθηκε από Ισραηλινό φυσικό Μορντεχάι Μίλγκρομ και μεξικανικής καταγωγής Αμερικανοϊσραηλινό θεωρητικό Τζέικομπ Μπεκενστάιν στις αρχές της δεκαετίας του 1980, ήταν το αντίδοτό τους στο δημοφιλές παράδειγμα της «σκοτεινής ύλης». Για αυτούς, η σκοτεινή ύλη ήταν ένα περιττό και αδέξιο μπουλόνι στην κοσμολογία που, αν είναι αληθινό, σημαίνει ότι το 80% της ύλης στον κόσμο είναι αόρατο.

Στα 40 χρόνια από τότε που επινοήθηκε, τα επιτεύγματα του MOND συνεχίζουν να επισκιάζονται από την ερωτική σχέση της κοσμολογίας με τη σκοτεινή ύλη. Ο MOND αγωνίστηκε επίσης να εξηγήσει φαινόμενα σε κλίμακες μεγαλύτερες και μικρότερες από μεμονωμένους γαλαξίες. Είναι, λοιπόν, το MOND κάτι που θα πρέπει να λάβουμε σοβαρά υπόψη τελικά;

Περίεργες καμπύλες

Η ιστορία μας ξεκινά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και στη δεκαετία του 1970, οι αμερικανοί αστρονόμοι Βέρα Ρούμπιν και Κεντ Φορντ συνειδητοποίησαν ότι τα αστέρια στα περίχωρα των γαλαξιών περιφέρονταν εξίσου γρήγορα με τα αστέρια κοντά στο κέντρο, προφανώς σε αντίθεση με τους νόμους της τροχιακής κίνησης του Johannes Kepler. . Το απεικόνισαν αυτό στις καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών, ουσιαστικά απλώς ένα γράφημα της τροχιακής ταχύτητας σε σχέση με την ακτίνα από το κέντρο. Αντί να δείχνουν αρνητική κλίση, τα γραφήματα ήταν μια επίπεδη γραμμή. Κάπου, υπήρχε κάποια επιπλέον βαρύτητα που τραβούσε αυτά τα εξωτερικά αστέρια γύρω.

Η σκοτεινή ύλη - μια αόρατη μορφή ύλης τόσο άφθονη που θα ήταν η κυρίαρχη βαρυτική δύναμη στο σύμπαν - ήταν η δημοφιλής λύση. Σήμερα, η έννοια της σκοτεινής ύλης είναι στενά συνυφασμένη με το τυπικό μας μοντέλο κοσμολογίας και είναι εγγενής στην κατανόησή μας για το πώς σχηματίζεται η δομή στο σύμπαν.

Η εικόνα ότι σχηματίζει η σκοτεινή ύλη είναι τακτοποιημένη, αλλά όχι αρκετά τακτοποιημένη για μια μικρή κοινότητα φυσικών και αστρονόμων που έχουν αποφύγει την κοσμολογία της σκοτεινής ύλης και αντ' αυτού υιοθέτησαν το MOND. Μάλιστα, έχουν άφθονα στοιχεία για την υπόθεσή τους. Το 2016 Stacy McGaugh του Πανεπιστημίου Case Western Reserve μέτρησε τις καμπύλες περιστροφής 153 γαλαξιών (Φυσ. Rev. Lett. 117 201101) και διαπίστωσε, με πρωτοφανή ακρίβεια, ότι οι καμπύλες περιστροφής τους εξηγούνται από τον MOND, χωρίς να χρειάζεται να καταφύγουμε σε ένα φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης γύρω από κάθε γαλαξία. Με αυτόν τον τρόπο, δικαιολόγησε την πρόβλεψη του Μίλγκρομ.

«Θα ισχυριζόμουν ότι ο MOND εξηγεί αυτά τα πράγματα καλύτερα από τη σκοτεινή ύλη και ο λόγος για αυτό είναι η προγνωστική του δύναμη», λέει ο McGaugh - πρώην ερευνητής της σκοτεινής ύλης που τώρα είναι υπέρμαχος της MOND, μετά από μια θεοφάνεια που τον είδε να αλλάζει πλευρά. Αναφέρεται στο γεγονός ότι αν γνωρίζετε την ορατή μάζα (όλα τα αστέρια και τα αέρια του) ενός γαλαξία, τότε εφαρμόζοντας το MOND μπορείτε να υπολογίσετε ποιες θα είναι οι ταχύτητες περιστροφής. Στο παράδειγμα της σκοτεινής ύλης, δεν μπορείτε να προβλέψετε τις ταχύτητες με βάση την παρουσία της σκοτεινής ύλης. Αντίθετα, πρέπει να μετρήσετε την καμπύλη περιστροφής του γαλαξία για να συμπεράνουμε πόση σκοτεινή ύλη υπάρχει. Ο McGaugh υποστηρίζει ότι αυτό είναι κυκλικός συλλογισμός και όχι απόδειξη της σκοτεινής ύλης.

Πώς να τροποποιήσετε τη βαρύτητα

Η τροποποίηση των νόμων της βαρύτητας μπορεί να είναι ανάθεμα για πολλούς φυσικούς – τέτοια είναι η δύναμη του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν – αλλά δεν είναι κάτι τόσο περίεργο. Εξάλλου, ζούμε σε ένα μυστηριώδες σύμπαν, γεμάτο επιστημονικά αινίγματα. Ποια είναι η σκοτεινή ενέργεια που ευθύνεται για την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος; Γιατί υπάρχει μια τάση σε διαφορετικές μετρήσεις του ρυθμού διαστολής του σύμπαντος; Πώς σχηματίζονται τόσο γρήγορα οι γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν, όπως μαρτυρεί το Hubble και Διαστημικά τηλεσκόπια James Webb? Οι ερευνητές εξετάζουν όλο και περισσότερο τις τροποποιημένες θεωρίες βαρύτητας για να δώσουν τις απαντήσεις, αλλά δεν είναι όλα τα τροποποιημένα μοντέλα βαρύτητας ίσα.

Αυτό που πρέπει να κάνει κάθε θεωρία τροποποιημένης βαρύτητας, συμπεριλαμβανομένης της MOND, είναι να εξηγήσει γιατί παραμένει κρυμμένη από εμάς στις καθημερινές κλίμακες, και μόνο υπό ορισμένες προϋποθέσεις

Τέσα Μπέικερ, κοσμολόγος και τροποποιημένη γκουρού της βαρύτητας στο Πανεπιστήμιο του Πόρτσμουθ στο Ηνωμένο Βασίλειο, έχει χτίσει την καριέρα της στη δοκιμή των νόμων της βαρύτητας και στην αναζήτηση τροποποιήσεων, στην περίπτωσή της για να προσπαθήσει να εξηγήσει τη σκοτεινή ενέργεια. «Το MOND, το οποίο είναι ένα παράδειγμα τροποποιημένης θεωρίας βαρύτητας, είναι ασυνήθιστο στο ότι είναι μια θεωρία που προσπαθεί να αντικαταστήσει τη σκοτεινή ύλη», εξηγεί ο Baker. «Η πλειοψηφία των θεωριών της τροποποιημένης βαρύτητας δεν το κάνει αυτό».

Αυτό που πρέπει να κάνει κάθε θεωρία της τροποποιημένης βαρύτητας, συμπεριλαμβανομένου του MOND, είναι να εξηγήσει γιατί παραμένει κρυμμένη από εμάς στις καθημερινές κλίμακες, και ξεκινάει δράση μόνο υπό ορισμένες συνθήκες. Οι φυσικοί αποκαλούν το σημείο στο οποίο συμβαίνει αυτή η μετάβαση ως «διαλογή» και όλα είναι πρόβλημα κλίμακας.

"Το δύσκολο μέρος είναι, πώς κρύβετε την τροποποίηση σε κλίμακες όπου γνωρίζουμε ότι η γενική σχετικότητα λειτουργεί πολύ καλά;" ρωτάει ο Μπέικερ. Το προφανές μέρος για να ξεκινήσετε μπορεί να είναι να εξετάσουμε εάν η βαρύτητα ποικίλλει σε κλίμακα απόστασης, έτσι στο ηλιακό μας σύστημα η βαρύτητα εξασθενεί με τον κανόνα του αντίστροφου τετραγώνου, αλλά στην κλίμακα των σμήνων γαλαξιών μειώνεται με διαφορετικό ρυθμό. «Αυτό κατηγορηματικά δεν λειτουργεί», λέει ο McGaugh, προσθέτοντας ότι υπάρχουν και άλλες κλίμακες που λειτουργούν.

Για παράδειγμα, μια θεωρία της τροποποιημένης βαρύτητας με την οποία λειτουργεί ο Baker – γνωστή ως f(R) βαρύτητα – γενικεύει τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Κάτω από f(R), η βαρύτητα ενεργοποιεί το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας σε περιοχές του διαστήματος όπου η πυκνότητα της ύλης γίνεται αρκετά χαμηλή, όπως στα κοσμικά κενά. Για τη MOND, η κλίμακα του μηχανισμού διαλογής είναι η επιτάχυνση. Κάτω από μια χαρακτηριστική βαρυτική επιτάχυνση που αναφέρεται ως a₀ – που είναι περίπου 0.1 νανόμετρα ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο – η βαρύτητα λειτουργεί διαφορετικά.

Αντί να ακολουθείτε τον κανόνα του αντίστροφου τετραγώνου, σε επιταχύνσεις κάτω a₀ Η βαρύτητα πέφτει πιο αργά, κατά το αντίστροφο της απόστασης. Έτσι, κάτι που περιστρέφεται σε τέσσερις φορές την απόσταση θα αισθανόταν το ένα τέταρτο της βαρύτητας, όχι ένα 16ο. Οι χαμηλές βαρυτικές επιταχύνσεις που είναι απαραίτητες για αυτό είναι ακριβώς αυτές που βιώνουν τα αστέρια στα περίχωρα των γαλαξιών. «Έτσι η MOND ενεργοποιεί αυτές τις τροποποιήσεις σε χαμηλές επιταχύνσεις με τον ίδιο τρόπο που f(R) η βαρύτητα ενεργοποιεί τις τροποποιήσεις της σε χαμηλές πυκνότητες», εξηγεί ο Baker.

Συγκρούσεις και αντιπαραθέσεις

Το MOND υπερέχει για μεμονωμένους γαλαξίες, αλλά ανάλογα με το ποιον μιλάτε, ίσως δεν τα πάει τόσο καλά σε άλλα περιβάλλοντα. Και μια αποτυχία συγκεκριμένα έχει ήδη στρέψει έναν από τους πιο ένθερμους υποστηρικτές της MOND ενάντια στη θεωρία.

Ένα ιδανικό εργαστήριο για τη δοκιμή του MOND είναι ένα εργαστήριο όπου η σκοτεινή ύλη δεν αναμένεται να υπάρχει σε μεγάλες ποσότητες, πράγμα που σημαίνει ότι τυχόν βαρυτικές ανωμαλίες θα πρέπει απλώς να προέρχονται από τους ίδιους τους νόμους της βαρύτητας. Τα ευρεία δυαδικά συστήματα αστεριών είναι ένα τέτοιο περιβάλλον που αποτελείται από ζεύγη αστέρων που είναι 500 AU ή περισσότερο χώρια (όπου είναι μια αστρονομική μονάδα ή AU η μέση απόσταση μεταξύ Γης και Ήλιου). Σε τόσο τεράστιους διαχωρισμούς, το βαρυτικό πεδίο που αισθάνεται κάθε αστέρι είναι αδύναμο.

Χάρη στην Αστρομετρική διαστημική αποστολή Gaia της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας, ομάδες ερευνητών του MOND μπόρεσαν τώρα να μετρήσουν τις κινήσεις των ευρειών δυαδικών σε αναζήτηση στοιχείων του MOND. Τα αποτελέσματα ήταν αμφιλεγόμενα και αντικρουόμενα, όσον αφορά την επιβίωση της MOND ως έγκυρης θεωρίας.

Μία ομάδα, με επικεφαλής Kyu-Hyun Chae του Πανεπιστημίου Sejong στη Σεούλ, πραγματοποίησε μια εξαντλητική ανάλυση 26,500 ευρειών δυαδικών και βρήκε τροχιακές κινήσεις που ταίριαζαν με τις προβλέψεις του MOND (ApJ 952 128). Αυτό υποστηρίχθηκε από παλαιότερη εργασία του Xavier Hernandez του Universidad Nacional Autónoma de México, ο οποίος χαιρέτισε πόσο «συναρπαστικό» ήταν το αποτέλεσμα του Chae. Αλλά δεν είναι όλοι πεπεισμένοι.

Στο Πανεπιστήμιο του St Andrews στο Ηνωμένο Βασίλειο, Ιντρανίλ Μπάνικ εργαζόταν στο δικό του εξαετές έργο για τη μέτρηση του MOND σε ευρεία δυαδικά αρχεία. Είχε δημοσιεύσει τα σχέδιά του πριν από τη λήψη των μετρήσεών του, φροντίζοντας να αφιερώσει χρόνο για να μιλήσει με άλλους ειδικούς και να λάβει σχόλια, προσαρμόζοντας τη μέθοδό του έτσι ώστε όλοι να συμφωνούν. Ο Banik περίμενε πλήρως τα αποτελέσματά του να δείξουν ότι η MOND ήταν πραγματική. «Προφανώς περίμενα ότι το σενάριο MOND θα λειτουργούσε», λέει. «Οπότε ήταν πράγματι μια πολύ μεγάλη έκπληξη όταν δεν το έκανε».

Σε μια εργασία που δημοσιεύθηκε στα τέλη του 2023, η Banik δεν βρήκε καμία απόκλιση από την τυπική Νευτώνεια βαρύτητα (Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας 10.1093/mnras/stad3393). Τα αποτελέσματα ήταν ένα τέτοιο χτύπημα με σφυρί για αυτόν που συγκλόνισε τον κόσμο του Banik και δήλωσε δημόσια ότι ο MOND έκανε λάθος – κάτι που τον έπιασε λίγο. Γιατί, όμως, τα αποτελέσματά του να είναι τόσο διαφορετικά από τον Chae και τον Hernandez; «Σίγουρα, εξακολουθούν να υποστηρίζουν ότι υπάρχει κάτι εκεί», λέει ο Banik. Ωστόσο, είναι δύσπιστος για τα αποτελέσματά τους, επικαλούμενος διαφορές στον τρόπο με τον οποίο αντιμετώπισαν τις αβεβαιότητες στις μετρήσεις τους.

Αυτά τα σημεία διαμάχης είναι άκρως τεχνικά, επομένως δεν αποτελεί ίσως απόλυτη έκπληξη το γεγονός ότι έχουν καταλήξει διαφορετικές ερμηνείες. Πράγματι, για τους ξένους είναι δύσκολο να γνωρίζουν ποιος είναι σωστός και ποιος όχι. «Είναι πολύ δύσκολο να ξέρεις πώς να το κρίνεις αυτό», παραδέχεται ο McGaugh. «Δεν νιώθω καν απολύτως ικανός να κρίνω σε αυτές τις κλίμακες και είμαι πολύ πιο ικανός από τους περισσότερους ανθρώπους!»

Δεν είναι μόνο τα ευρεία δυαδικά αρχεία όπου η Banik βλέπει τη MOND να αποτυγχάνει. Αναφέρει επίσης την περίπτωση του δικού μας ηλιακού συστήματος. Ένα από τα κεντρικά δόγματα του MOND είναι το φαινόμενο του «φαινόμενου εξωτερικού πεδίου», σύμφωνα με το οποίο το συνολικό βαρυτικό πεδίο του γαλαξία του Γαλαξία είναι σε θέση να αποτυπωθεί σε μικρότερα συστήματα, όπως το ηλιακό μας σύστημα. Θα πρέπει να δούμε αυτό το αποτύπωμα, ιδιαίτερα στις τροχιές των εξωτερικών πλανητών. Αναζήτηση αυτού του εφέ μέσω δεδομένων ραδιοφωνικής παρακολούθησης από Το διαστημόπλοιο Cassini της NASA, που περιστράφηκε γύρω από τον Κρόνο μεταξύ 2004 και 2017, δεν έχει βρει στοιχεία για την επίδραση του εξωτερικού πεδίου στην τροχιά του Κρόνου.

«Οι άνθρωποι αρχίζουν να συνειδητοποιούν ότι δεν υπάρχει τρόπος να συμβιβαστεί το MOND με τη μη ανίχνευση επιδράσεων στα δεδομένα του Cassini και ότι το MOND δεν θα λειτουργήσει σε κλίμακες κάτω του έτους φωτός», λέει ο Banik. Εάν η Banik έχει δίκιο, τότε αφήνει τη MOND σε πολύ άσχημη θέση – αλλά δεν είναι το μόνο πεδίο μάχης όπου διεξάγεται ο πόλεμος της MOND ενάντια στη σκοτεινή ύλη.

Γρίφοι συμπλέγματος

Το 2006 η NASA κυκλοφόρησε ένα εντυπωσιακή εικόνα δύο σμήνων γαλαξιών που συγκρούονται, που αναφέρονται στη συνδυασμένη τους μορφή ως Σμήνος Σφαίρων. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble παρείχε όψεις υψηλής ανάλυσης για το πού βρίσκονται οι γαλαξίες, ενώ οι παρατηρήσεις ακτίνων Χ του θερμού αερίου μεταξύ αυτών των γαλαξιών προέρχονταν από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra. Με βάση τις θέσεις των γαλαξιών και του αερίου, καθώς και τον βαθμό βαρυτικού φακού ως ύλη στον λυγισμένο χώρο του σμήνος, οι επιστήμονες μπόρεσαν να υπολογίσουν τη θέση της σκοτεινής ύλης στο σμήνος.

«Υποστήριξε ότι το Bullet Cluster επιβεβαίωσε την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί για να επιχειρηματολογήσει έντονα κατά της MOND», λέει. Πάβελ Κρούπα, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Βόννης. «Λοιπόν, αποδεικνύεται ότι η κατάσταση είναι ακριβώς το αντίθετο».

Ο Κρούπα είναι θηριώδης στον ενθουσιασμό του για το MOND και έχει βάλει στόχο να το εξερευνήσει στη μεγαλύτερη δυνατή κλίμακα - σμήνη γαλαξιών μεγάλης κλίμακας. Στο στόχαστρο του δεν υπάρχει τίποτα λιγότερο από το τυπικό μοντέλο της κοσμολογίας, γνωστό στην καθομιλουμένη ως «λάμδα-CDM» ή ΛCDM (το Λ αναφέρεται στην κοσμολογική σταθερά, ή το συστατικό της σκοτεινής ενέργειας του σύμπαντος, και το CDM είναι ψυχρή σκοτεινή ύλη).

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-3.jpg" data-caption="Πρωταρχικός Η εντύπωση ενός καλλιτέχνη της ESA για το πώς θα μπορούσε να φαινόταν το πολύ πρώιμο σύμπαν (λιγότερο από 1 χρόνια) όταν πέρασε από μια απότομη έκρηξη σχηματισμού άστρων. (Ευγενική προσφορά: A Schaller/STScI)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the- battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-3.jpg”>

Πρώτον, ο Κρούπα πιστεύει ότι τέτοια τεράστια σμήνη γαλαξιών δεν θα έπρεπε καν να υπάρχουν, δεν πειράζει να είχαμε χρόνο να συγκρουστούν, σε υψηλές μετατοπίσεις στο κόκκινο. Το ΛCDM υποστηρίζει ότι οι δομές θα πρέπει να αναπτύσσονται αργά και ο Κρούπα υποστηρίζει ότι θα ήταν πολύ αργός για αυτό που μας δείχνουν τα τηλεσκόπια μας: τεράστιοι γαλαξίες και τεράστια σμήνη στο πρώιμο σύμπαν. Πιο σχετικό, είναι η δυναμική των ίδιων των συγκρούσεων συστάδων που δίνει στον Κρούπα ελπίδα. Συγκεκριμένα, το ΛCDM προβλέπει ότι οι ταχύτητες των γαλαξιών που πέφτουν στο βαρυτικό πηγάδι του συνδυασμένου σμήνους θα πρέπει να είναι πολύ χαμηλότερες από αυτές που παρατηρούνται.

«Οι συγκρούσεις σμήνους γαλαξιών έρχονται σε πλήρη διαφωνία με το ΛCDM ενώ βρίσκονται σε μάλλον φυσική συμφωνία με τη MOND», λέει ο Kroupa. Παρά τον ενθουσιασμό της Kroupa, ο McGaugh δεν είναι τόσο σίγουρος. Στην πραγματικότητα, πιστεύει ότι τα σμήνη γαλαξιών είναι ένα πραγματικό πρόβλημα τόσο για το ΛCDM όσο και για το MOND.

«Είναι ένα χάος», παραδέχεται. «Για τη σκοτεινή ύλη, οι ταχύτητες σύγκρουσης είναι πολύ υψηλές. Οι άνθρωποι της σκοτεινής ύλης πηγαινοέρχονται, υποστηρίζοντας ότι οι ταχύτητες είναι πολύ γρήγορες ή όχι; Για το MOND, είναι ότι τα σμήνη γαλαξιών εμφανίζουν μια διαφορά μάζας ακόμη και μετά την εφαρμογή του MOND. Οι ομάδες με απασχολούν γιατί απλά δεν βλέπω μια καλή διέξοδο από αυτό».

Μια θεωρία των πάντων;

Τα συμπλέγματα και τα ευρεία δυαδικά αρχεία μπορούν να συζητηθούν επί άπειρο έως ότου η μία ή η άλλη πλευρά παραδεχτεί την ήττα. Αλλά ίσως η πιο σοβαρή κριτική που ασκήθηκε στη MOND ήταν η απόλυτη έλλειψη ενός εφαρμόσιμου κοσμολογικού μοντέλου. Είναι καλό να προσπαθείς να αντικαταστήσεις τη σκοτεινή ύλη με τροποποιημένη βαρύτητα στους γαλαξίες, αλλά για να είναι τελικά επιτυχής η θεωρία, πρέπει να εξηγήσει όλα όσα μπορεί η σκοτεινή ύλη και πολλά άλλα. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να είναι αντίπαλος του ΛCDM για να εξηγήσει τι βλέπουμε στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων (CMB) – η πρωταρχική ακτινοβολία μικροκυμάτων που γεμίζει το σύμπαν.

Το CMB συχνά χαρακτηρίζεται ως η «βολίδα της μεγάλης έκρηξης», αλλά είναι κάτι παραπάνω από αυτό. Αποτυπωμένα σε αυτό με τη μορφή λεπτών διακυμάνσεων της θερμοκρασίας από μόλις 379,000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη είναι αυτό που ονομάζουμε ανισοτροπίες, που αντιστοιχούν σε περιοχές ελαφρώς υψηλότερης ή χαμηλότερης πυκνότητας που σχηματίζονται από ακουστικά κύματα που αντηχούσαν μέσω του αρχέγονου πλάσματος. Αυτοί είναι οι σπόροι του σχηματισμού δομής στο σύμπαν. Από αυτούς τους σπόρους αναπτύχθηκε ο «κοσμικός ιστός» - ένα δίκτυο νημάτων ύλης κατά μήκος του οποίου αναπτύσσονται οι γαλαξίες και, όπου συναντώνται τα νήματα, τα μεγάλα σμήνη γαλαξιών.

Το MOND επινοήθηκε για να εξηγήσει τις καμπύλες περιστροφής των γαλαξιών με το riff στον Νεύτωνα, όχι στον Αϊνστάιν. Χρειάστηκαν άλλα 20 χρόνια για να καταλήξει ο Bekenstein με ένα σχετικιστικό μοντέλο του MOND που θα μπορούσε να εφαρμοστεί στη σύγχρονη κοσμολογία. Ονομάζεται βαρύτητα Tensor–Vector–Scalar (TeVeS), αποδείχθηκε μη δημοφιλής, δυσκολεύτηκε να εξηγήσει το μέγεθος της τρίτης ακουστικής κορυφής στις ανισοτροπίες που στο τυπικό μοντέλο αποδίδεται στη σκοτεινή ύλη, καθώς και περιορισμούς στη μοντελοποίηση βαρυτικού φακού και βαρυτικών κυμάτων .

Πολλοί άνθρωποι πίστευαν ότι το πρόβλημα ενός σχετικιστικού μοντέλου του MOND ήταν τόσο δύσκολο που δεν ήταν δυνατό. Στη συνέχεια, το 2021 Κωνσταντίνος Σκορδής και Τομ Ζλόσνικ της Τσεχικής Ακαδημίας Επιστημών απέδειξε ότι όλοι έκαναν λάθος. Στο μοντέλο τους, το δίδυμο εισήγαγε διανυσματικά και βαθμωτά πεδία τροποποίησης της βαρύτητας που λειτουργούν στο πρώιμο σύμπαν για να δημιουργήσουν βαρυτικά εφέ που μιμούνται τη σκοτεινή ύλη, πριν εξελιχθούν με την πάροδο του χρόνου για να μοιάζουν με την κανονική θεωρία MOND στο σύγχρονο σύμπαν (Φυσ. Rev. Lett. 127 161302).

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-4.jpg" data-caption="Παζλ του ουρανού Η αποστολή Planck χαρτογράφησε το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Η ευρέως αποδεκτή ερμηνεία των δεδομένων είναι ότι το σύμπαν περιέχει περίπου 4.9% συνηθισμένη ύλη, 26.8% σκοτεινή ύλη και 68.3% σκοτεινή ενέργεια. Η θεωρία MOND δεν ήταν αρχικά σε θέση να εξηγήσει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που αποκαλύφθηκαν από αποστολές όπως το Planck. Το 2021 ο Κωνσταντίνος Σκορδής και ο Tom Złośnik δημιούργησαν ένα μοντέλο εμπνευσμένο από τη MOND που ταιριάζει με τα δεδομένα Planck εξίσου καλά με τα μοντέλα της σκοτεινής ύλης. (Ευγενική προσφορά: ESA and the Planck Collaboration)” title=”Κάντε κλικ για να ανοίξετε την εικόνα στο αναδυόμενο παράθυρο” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/cosmic-combat-delving-into-the -battle-between-dark-matter-and-modified-gravity-physics-world-4.jpg”>

Δεδομένης της βασανιστικής ιστορίας της προσπάθειας ανάπτυξης ενός σχετικιστικού μοντέλου του MOND, ο McGaugh πιστεύει ότι είναι ένα «αξιοσημείωτο επίτευγμα» να μπορείς να γράψεις μια τέτοια θεωρία που να ταιριάζει στο υπόβαθρο των μικροκυμάτων. Το μοντέλο Skordis και Złośnik δεν είναι τέλειο. Όπως το TeVeS, αγωνίζεται να εξηγήσει την ποσότητα του βαρυτικού φακού που παρατηρούμε στο σύμπαν. Η Banik υπογραμμίζει επίσης τις δυσκολίες στο μοντέλο, λέγοντας ότι «είχε δυσκολία στο ότι δεν παρέχει μια καλή εξήγηση για τα σμήνη γαλαξιών».

Ο Baker απηχεί αυτές τις ανησυχίες. «Αν και ήταν ένα καλό βήμα προς τα εμπρός για τη MOND να μπορέσει να το κάνει αυτό», λέει, «δεν νομίζω ότι ήταν αρκετό για να επαναφέρει τη MOND στο mainstream. Ο λόγος είναι ότι [Ο Skordis και ο Złośnik] έχουν προσθέσει πολλά επιπλέον πεδία σε αυτό, πολλά κουδούνια και σφυρίγματα, και πραγματικά χάνει την κομψότητα. Λειτουργεί με το CMB, αλλά φαίνεται πολύ αφύσικο.»

Ίσως ρίχνουμε αδικαιολόγητο βάρος στους ώμους του μοντέλου. Θα μπορούσε να θεωρηθεί απλώς ως μια αρχή, μια απόδειξη της ιδέας. "Εάν αυτή είναι η τελική θεωρία, ή ακόμα και ο σωστός δρόμος, δεν ξέρω", λέει ο McGaugh. «Αλλά οι άνθρωποι έλεγαν ότι δεν μπορεί να γίνει και αυτό που έδειξαν ο Σκόρντις και ο Ζλόσνικ είναι ότι μπορεί να γίνει, και αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός».

Η MOND συνεχίζει να συναρπάζει, να απογοητεύει και να υποθάλπει την περιφρόνηση από τους μαθητές της σκοτεινής ύλης. Υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος για να διανύσει η επιστημονική κοινότητα για να το θεωρήσει ανταγωνιστικό βαρέων βαρών του ΛCDM, και σίγουρα παρεμποδίζεται από το ότι υπάρχουν σχετικά λίγοι άνθρωποι που εργάζονται σε αυτό, πράγμα που σημαίνει ότι η πρόοδος είναι αργή.

Αλλά οι επιτυχίες που είχε αυτή η πρωτοποριακή θεωρία δεν πρέπει να αγνοηθούν, λέει ο McGaugh. Αν μη τι άλλο, θα πρέπει να συνεχίσει τους αστρονόμους να εργάζονται με το κυρίαρχο μοντέλο της σκοτεινής ύλης στα δάχτυλα των ποδιών τους.

• Στο δεύτερο μέρος της τριμερούς σειράς του Keith Cooper, θα εξερευνήσει μερικές από τις πρόσφατες επιτυχίες της σκοτεινής ύλης και τις σοβαρές προκλήσεις που αντιμετωπίζει επίσης

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/cosmic-combat-delving-into-the-battle-between-dark-matter-and-modified-gravity/