Le leggi di gravitazione di Newton sono sbagliate: i misteri dell’osservazione dei ricercatori

La scoperta non può essere spiegata con ipotesi classiche.

Un team internazionale di astrofisici ha fatto una scoperta sconcertante mentre analizzava alcuni ammassi stellari. Questa scoperta sfida le leggi di gravitazione di Newton, scrivono i ricercatori nella loro pubblicazione. Invece, le osservazioni sono coerenti con le previsioni di una teoria alternativa della gravità. Tuttavia, questo è controverso tra gli esperti. I risultati sono stati ora pubblicati negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society. L’Università di Bonn ha svolto un ruolo importante nello studio.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno studiato i cosiddetti ammassi stellari aperti, gruppi non collegati di poche decine o poche centinaia di stelle che si trovano in galassie a spirale e irregolari. Gli ammassi aperti si formano quando migliaia di stelle nascono in un breve periodo di tempo in un’enorme nuvola di gas. Quando si “accende”, i nuovi arrivati ​​dalla galassia spazzano via i resti di una nuvola di gas. Nel processo, la massa si espande in modo significativo. Questo crea una formazione sciolta da diverse decine a diverse migliaia di stelle. La massa è tenuta insieme dalle deboli forze gravitazionali che agiscono tra loro.

“Nella maggior parte dei casi, gli ammassi aperti vivono solo poche centinaia di milioni di anni prima di sciogliersi”, spiega il professor Pavel Krupa dell’Istituto Helmholtz per le radiazioni e la fisica nucleare dell’Università di Bonn. Nel processo, le stelle vengono regolarmente perse, che si accumulano nelle cosiddette “code di marea”. Una di queste code viene tirata dietro il blocco mentre viaggia nello spazio. A sua volta, l’altro prende il comando come una punta di diamante.

Prof. Dr. Pavel Krupa dell’Helmholtz Institute for Radiation and Nuclear Physics dell’Università di Bonn. Credito: Volker Lanert/Università di Bonn

“Secondo le leggi di gravitazione di Newton, è una questione casuale quale delle code finisce nella stella mancante”, spiega il dottor Jan Pvalam-Altenberg dell’Istituto Helmholtz per le radiazioni e la fisica nucleare. “Quindi entrambe le estremità dovrebbero contenere all’incirca lo stesso numero di stelle. Tuttavia, nel nostro lavoro siamo stati in grado per la prima volta di dimostrare che questo non è vero: nei gruppi che abbiamo studiato, la coda anteriore contiene sempre più stelle vicine alla massa rispetto alla coda posteriore”.

È stato sviluppato un nuovo metodo per calcolare le stelle

Tra i milioni di stelle vicine alla massa, è stato quasi impossibile determinare quali appartengano alla loro coda – fino ad ora. “Per fare questo, devi guardare la velocità e la direzione del movimento e l’età di ciascuno di questi oggetti”, spiega la dott.ssa Teresa Yarabkova. La coautrice della ricerca, che ha conseguito il dottorato di ricerca nel gruppo Kroupa, si è recentemente trasferita da Agenzia spaziale europea (ESA) per l’Osservatorio Europeo Australe di Garching. Ha sviluppato un metodo che le ha permesso di contare con precisione le stelle nella coda per la prima volta. “Finora, cinque ammassi aperti sono stati studiati vicino a noi, di cui quattro da noi”, dice. “Quando abbiamo analizzato tutti i dati, abbiamo riscontrato la contraddizione con la teoria attuale. I dati del sondaggio altamente accurati da La missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea indispensabile per questo”.

Nell’ammasso stellare delle Iadi (in alto), il numero di stelle (nere) nella coda della marea anteriore è molto maggiore che nella parte posteriore. In una simulazione al computer con MOND (sotto), appare un’immagine simile. Credito: AG Kroupa / Uni Bonn

Al contrario, i dati osservazionali si adattano meglio alla teoria in breve MONDO (“Dinamica newtoniana modificata”) tra esperti. “In poche parole, secondo MOND, le stelle possono lasciare un gruppo attraverso due porte diverse”, spiega Kroupa. “Uno conduce alla coda di marea posteriore, l’altro alla parte anteriore. Tuttavia, la prima è molto più stretta della seconda, quindi è improbabile che la stella lasci massa attraverso di essa. D’altra parte, la teoria gravitazionale di Newton prevede che entrambi le porte dovrebbero essere della stessa larghezza”.

Gli ammassi stellari hanno una vita più breve di quanto previsto dalle leggi di Newton

Il team di astrofisici ha calcolato la distribuzione stellare prevista secondo MOND. “I risultati sono sorprendentemente coerenti con le osservazioni”, sottolinea il dott. Ingo Thies, che ha svolto un ruolo chiave nelle simulazioni corrispondenti. Tuttavia, abbiamo dovuto ricorrere a metodi aritmetici relativamente semplici per farlo. Al momento ci mancano gli strumenti matematici per eseguire analisi più dettagliate della dinamica newtoniana modificata”. Tuttavia, le simulazioni hanno coinciso anche con le osservazioni d’altra parte: hanno previsto per quanto tempo dovrebbero rimanere ammassi stellari normalmente aperti. Questo periodo di tempo è molto più breve del previsto secondo a “Questo spiega un mistero noto da tempo”, osserva Kroupa. “In particolare, gli ammassi stellari nelle galassie vicine sembrano scomparire più velocemente di quanto dovrebbero”.

Tuttavia, la teoria MOND non è indiscussa tra gli esperti. Poiché le leggi di gravitazione di Newton non sarebbero valide in determinate condizioni, ma dovrebbero essere modificate, ciò avrebbe conseguenze di vasta portata anche per altre aree della fisica. “D’altra parte, risolve molti dei problemi che la cosmologia deve affrontare oggi”, spiega Kroupa, che è anche membro delle Aree di ricerca interdisciplinare di modellazione e materia presso l’Università di Bonn. Gli astrofisici stanno ora esplorando nuovi metodi matematici per simulazioni più accurate. Possono quindi essere utilizzati per trovare ulteriori prove sulla verità o meno del teorema MOND.

Riferimento: “Asymmetrical Tidal Tails of Open Star Clusters: Stars Crossing their Brah Cluster Defy Newtonian Gravity” di Pavel Karpa, Teresa Yarabkova, Ingo Theis, Jan Pvalam-Altenberg, Benoit Famy, Henry MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Beccari , Christian Boyle, Hossein Hajji, Zuven Wu, Jaroslav Hass, Akram Hosni Zunuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Uber e J Arsith Ambassador, 26 ottobre 2022, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Oltre all’Università di Bonn, lo studio ha incluso la Charles University di Praga, European Southern Observatory ([{” 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.