Astrofizikçiler, belirli yıldız kümelerini analiz ederken şaşırtıcı bir keşifte bulundular. Bulgu, Newton’un yerçekimi yasalarına meydan okuyor. Bunun yerine, gözlemler alternatif bir yerçekimi teorisinin tahminleriyle tutarlıdır. (Garip yerçekiminin sanatsal konsepti.)
Bulgu klasik varsayımlarla açıklanamaz.
Uluslararası bir astrofizik ekibi, belirli yıldız kümelerini analiz ederken şaşırtıcı bir keşif yaptı. Bulgu, Newton’un yerçekimi yasalarına meydan okuyor, araştırmacılar yayınlarında yazıyor. Bunun yerine, gözlemler alternatif bir yerçekimi teorisinin tahminleriyle tutarlıdır. Ancak, bu uzmanlar arasında tartışmalıdır. Sonuçlar, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimlerinde yayınlandı. Bonn Üniversitesi bu çalışmada önemli bir rol oynadı.
Araştırmacılar, çalışmalarında, sarmal ve düzensiz gökadalarda bulunan birkaç on ila birkaç yüz yıldızdan oluşan gevşek bağlı gruplardan oluşan sözde açık yıldız kümelerini araştırdılar. Açık kümeler, büyük bir gaz bulutunda kısa bir süre içinde binlerce yıldız doğduğunda oluşur. Galaktik yeni gelenler “ateşledikçe” gaz bulutunun kalıntılarını havaya uçururlar. Bu süreçte, küme büyük ölçüde genişler. Bu, birkaç düzine ila birkaç bin yıldızdan oluşan gevşek bir oluşum yaratır. Küme, aralarında hareket eden zayıf yerçekimi kuvvetleri tarafından bir arada tutulur.
Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. Dr. Pavel Kroupa, “Çoğu durumda, açık yıldız kümeleri çözülmeden önce sadece birkaç yüz milyon yıl hayatta kalır” diye açıklıyor. Bu süreçte, “gelgit kuyrukları” olarak adlandırılan iki yerde biriken yıldızları düzenli olarak kaybederler. Bu kuyruklardan biri, uzayda seyahat ederken kümenin arkasına çekilir. Aksine, diğeri bir mızrak ucu gibi liderliği alır.
Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. Dr. Pavel Kroupa. Kredi: Volker Lannert / Bonn Üniversitesi
Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Dr. Jan Pflamm-Altenburg, “Newton’un yerçekimi yasalarına göre, kayıp bir yıldızın hangi kuyruklara geleceği bir şans meselesi” diye açıklıyor. “Yani her iki kuyruk da yaklaşık aynı sayıda yıldız içermelidir. Ancak, çalışmamızda bunun doğru olmadığını ilk kez kanıtlayabildik: İncelediğimiz kümelerde, ön kuyruk her zaman kümenin yakınında arka kuyruktan önemli ölçüde daha fazla yıldız içeriyor.”
Yıldızları saymak için geliştirilen yeni yöntem
Bir kümeye yakın milyonlarca yıldız arasından, kuyruklarına ait olanları belirlemek şimdiye kadar neredeyse imkansızdı. “Bunu yapmak için bu nesnelerin her birinin hızına, hareket yönüne ve yaşına bakmalısınız” diye açıklıyor Dr. Tereza Jerabkova. Doktorasını Kroupa’nın grubunda yapan makalenin ortak yazarı, kısa süre önce Avrupa Uzay Ajansı’ndan (ESA) Garching’deki Avrupa Güney Gözlemevi’ne geçti. Kuyruklardaki yıldızları ilk kez doğru bir şekilde saymasını sağlayan bir yöntem geliştirdi. “Şimdiye kadar, dördü bizim tarafımızdan olmak üzere yakınımızda beş açık küme araştırıldı” diyor. “Tüm verileri analiz ettiğimizde mevcut teori ile çelişki ile karşılaştık. ESA’nın Gaia uzay görevinden alınan çok kesin anket verileri bunun için vazgeçilmezdi.”
“Hyades” yıldız kümesinde (üstte), ön gelgit kuyruğundaki yıldızların (siyah) sayısı arkadakilerden önemli ölçüde fazladır. MOND ile yapılan bilgisayar simülasyonunda (aşağıda) benzer bir tablo ortaya çıkıyor. Kredi: AG Kroupa/Uni Bonn
Buna karşın gözlemsel veriler, uzmanlar arasında MOND (“MOdified Newtonian Dynamics”) kısaltmasıyla geçen bir teoriye çok daha iyi uyuyor. Kroupa, “Basitçe söylemek gerekirse, MOND’a göre yıldızlar bir kümeyi iki farklı kapıdan terk edebilirler,” diye açıklıyor. “Biri arka gelgit kuyruğuna, diğeri öne çıkıyor. Bununla birlikte, birincisi ikincisinden çok daha dardır – bu nedenle bir yıldızın kümeden ayrılma olasılığı daha düşüktür. Newton’un yerçekimi teorisi ise her iki kapının da aynı genişlikte olması gerektiğini öngörüyor.”
Yıldız kümeleri, Newton yasalarının öngördüğünden daha kısa ömürlüdür
Astrofizikçilerden oluşan ekip, MOND’a göre beklenen yıldız dağılımını hesapladı. İlgili simülasyonlarda önemli bir rol oynayan Dr. Ingo Thies, “Sonuçlar, gözlemlerle şaşırtıcı derecede iyi örtüşüyor” diyor. “Ancak, bunu yapmak için nispeten basit hesaplama yöntemlerine başvurmak zorunda kaldık. Şu anda değiştirilmiş Newton dinamiklerinin daha ayrıntılı analizleri için matematiksel araçlardan yoksunuz.” Bununla birlikte, simülasyonlar gözlemlerle başka bir açıdan da çakıştı: Açık yıldız kümelerinin tipik olarak ne kadar süre hayatta kalacağını tahmin ettiler. Ve bu zaman aralığı, Newton yasalarına göre beklenenden çok daha kısadır. Kroupa, “Bu, uzun zamandır bilinen bir gizemi açıklıyor” diyor. “Yani, yakın galaksilerdeki yıldız kümeleri olması gerekenden daha hızlı kayboluyor gibi görünüyor.”
Ancak, MOND teorisi uzmanlar arasında tartışmasız değildir. Newton’un yerçekimi yasaları belirli koşullar altında geçerli olmayacağından ve değiştirilmesi gerektiğinden, bunun fiziğin diğer alanları için de geniş kapsamlı sonuçları olacaktır. Bonn Üniversitesi’nde Disiplinlerarası Araştırma Alanları “Modelleme” ve “Madde”nin bir üyesi olan Kroupa, “Öyleyse, kozmolojinin bugün karşılaştığı sorunların çoğunu çözüyor” diye açıklıyor. Astrofizikçiler şimdi daha da doğru simülasyonlar için yeni matematiksel yöntemler keşfediyorlar. Daha sonra, MOND teorisinin doğru olup olmadığına dair daha fazla kanıt bulmak için kullanılabilirler.
Referans: Pavel Kroupa, Tereza Jerabkova, Ingo Thies, Jan Pflamm-Altenburg, Benoit Famaey, Henri MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari, Timo Prus , Christian Boily, Hosein Haghi, Xufen Wu, Jaroslav Haas, Akram Hasani Zonoozi, Guillaume Thomas, Ladislav Šubr ve Sverre J Aarseth, 26 Ekim 2022, Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563
Çalışma, Bonn Üniversitesi’ne ek olarak, Avrupa Güney Gözlemevi olan Prag’daki Charles Üniversitesi’ni içeriyordu (ESO) Garching’de, Strasbourg Gözlemevi’nde, Nordwijk’te Avrupa Uzay Araştırma ve Teknoloji Merkezi (ESA ESTEC), Zanjan’da (İran) Temel Bilimlerde İleri Araştırmalar Enstitüsü (IASBS), Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Tenerife’deki Universidad de La Laguna ve Cambridge Üniversitesi.
Çalışma Çek Cumhuriyeti Burs Programı, Alman Akademik Değişim Servisi (DAAD), Fransız finansman kuruluşu Agence nationale de la recherche (ANR) ve Avrupa Araştırma Konseyi ERC tarafından finanse edildi.