Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στην αστροφυσική σήμερα είναι ότι οι δυνάμεις στους γαλαξίες δεν φαίνεται να αθροίζονται. Οι γαλαξίες περιστρέφονται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι είχε προβλεφθεί εάν εφαρμόσετε τον νόμο της βαρύτητας του Νεύτωνα στην ορατή ύλη τους, αν και αυτοί οι νόμοι λειτουργούν καλά σε όλο το ηλιακό σύστημα.
Για να αποφευχθεί η απομάκρυνση των γαλαξιών, απαιτείται κάποια πρόσθετη βαρύτητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο προτάθηκε για πρώτη φορά η ιδέα μιας αόρατης ουσίας που ονομάζεται σκοτεινή ύλη. Αλλά κανείς δεν τα έχει δει ποτέ. Και στο εξαιρετικά επιτυχημένο Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, δεν υπάρχουν σωματίδια που θα μπορούσαν να είναι σκοτεινή ύλη – πρέπει να είναι κάτι αρκετά εξωτικό.
Αυτό οδήγησε στην ανταγωνιστική ιδέα ότι οι γαλαξιακές αποκλίσεις προκαλούνται από μια κατάρρευση των νόμων του Νεύτωνα. Η πιο επιτυχημένη ιδέα αυτού του είδους είναι γνωστή ως δυναμική Milgrom, ή σεληνιακή, και προτάθηκε από τον Ισραηλινό φυσικό Mordehai Milgrom το 1982. Ωστόσο, η πρόσφατη έρευνά μας δείχνει ότι αυτή η θεωρία είναι προβληματική.
Το κύριο αξίωμα του Mond είναι ότι η βαρύτητα αρχίζει να συμπεριφέρεται διαφορετικά από ό,τι περίμενε ο Newton όταν γίνεται πολύ αδύναμη, για παράδειγμα στις άκρες των γαλαξιών. Η Σελήνη είναι αρκετά επιτυχημένη στην πρόβλεψη της περιστροφής των γαλαξιών χωρίς σκοτεινή ύλη, και υπάρχουν μερικές άλλες επιτυχίες. Αλλά πολλά από αυτά μπορούν επίσης να εξηγηθούν από τη σκοτεινή ύλη σεβόμενοι τους νόμους του Νεύτωνα.
Διαβάστε περισσότερα: Σκοτεινή ύλη: Η ανασκόπησή μας υποδηλώνει ότι ήρθε η ώρα να την εγκαταλείψουμε υπέρ μιας νέας θεωρίας της βαρύτητας
Πώς λοιπόν δοκιμάζουμε το Moon; Αυτό το επιδιώκουμε πολλά χρόνια. Το κλειδί είναι ότι η Σελήνη αλλάζει τη συμπεριφορά της βαρύτητας μόνο σε μικρές επιταχύνσεις, όχι σε συγκεκριμένη απόσταση από ένα αντικείμενο. Στην άκρη ενός ουράνιου αντικειμένου – πλανήτη, αστέρι ή γαλαξία – θα νιώσετε λιγότερη επιτάχυνση από ό,τι αν βρίσκεστε κοντά. Αλλά είναι το μέγεθος της επιτάχυνσης, όχι η απόσταση, που προβλέπει πού θα πρέπει να είναι ισχυρότερη η βαρύτητα.
Αυτό σημαίνει ότι ενώ τα φαινόμενα της Σελήνης θα συμβαίνουν συνήθως αρκετές χιλιάδες έτη φωτός μακριά από έναν γαλαξία, όταν κοιτάζουμε ένα μόνο αστέρι τα φαινόμενα θα είναι σημαντικά μετά από μόλις ένα δέκατο του έτους φωτός. Αυτό είναι μόλις μερικές χιλιάδες φορές μεγαλύτερο από μια αστρονομική μονάδα (AU) – την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Αλλά τα ασθενέστερα σεληνιακά φαινόμενα θα πρέπει επίσης να είναι ανιχνεύσιμα σε ακόμη μικρότερες κλίμακες, όπως στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα.
Αυτό μας φέρνει στην αποστολή Cassini, η οποία περιφέρθηκε γύρω από τον Κρόνο μεταξύ του 2004 και της τελευταίας πύρινης συντριβής του στον πλανήτη το 2017. Ο Κρόνος περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο στις 10 AU. Λόγω μιας σεληνιακής ιδιορρυθμίας, η βαρύτητα του υπόλοιπου γαλαξία μας θα πρέπει να κάνει την τροχιά του Κρόνου να αποκλίνει διακριτικά από τις προσδοκίες του Νεύτωνα.
Αυτό μπορεί να ελεγχθεί με χρονομέτρηση των ραδιοπαλμών μεταξύ Γης και Cassini. Δεδομένου ότι το Cassini περιστράφηκε γύρω από τον Κρόνο, αυτό βοήθησε στη μέτρηση της απόστασης μεταξύ της Γης και του Κρόνου και μας επέτρεψε να παρακολουθούμε με ακρίβεια την τροχιά του Κρόνου. Αλλά το Cassini δεν βρήκε μια ανωμαλία του αναμενόμενου είδους στη Σελήνη, εξακολουθεί να λειτουργεί καλά για τον Κρόνο.
Ένας από εμάς, ο Χάρι Ντέσμοντ, δημοσίευσε πρόσφατα μια μελέτη που εξετάζει τα αποτελέσματα με περισσότερες λεπτομέρειες. Ίσως αν τροποποιούσαμε τον τρόπο με τον οποίο υπολογίζουμε τις μάζες των γαλαξιών με βάση τη φωτεινότητά τους, η Σελήνη θα ταίριαζε με τα δεδομένα του Cassini; Αυτό θα επηρέαζε πόσο ισχυρή πρέπει να είναι η βαρυτική ώθηση της Σελήνης για να χωρέσει σε μοντέλα περιστροφής των γαλαξιών, και επομένως τι μπορούμε να περιμένουμε για την τροχιά του Κρόνου.
Μια άλλη αβεβαιότητα είναι η βαρύτητα των γύρω γαλαξιών, η οποία έχει μικρή επιρροή. Αλλά η μελέτη έδειξε ότι δεδομένου του τρόπου με τον οποίο θα έπρεπε να λειτουργήσει η Σελήνη για να ταιριάζει με μοντέλα για περιστροφή γαλαξιών, δεν μπορεί επίσης να ταιριάζει με τα αποτελέσματα ραδιοπαρακολούθησης του Cassini – ανεξάρτητα από το πώς τροποποιούμε τους υπολογισμούς.
Χρησιμοποιώντας τις τυπικές παραδοχές που θεωρούν οι αστρονόμοι ως τις πιο πιθανές, και λαμβάνοντας υπόψη ένα ευρύ φάσμα αβεβαιοτήτων, η πιθανότητα η Σελήνη να συμφωνήσει με τα αποτελέσματα του Cassini είναι τόσο μεγάλη όσο ένα αναποδογυρισμένο νόμισμα προσγειώνεται 59 φορές στη σειρά. Αυτό είναι περισσότερο από το διπλάσιο του κανόνα του χρυσού “5 σίγμα” για μια επιστημονική ανακάλυψη, που ισοδυναμεί με περίπου 21 πετάξεις νομισμάτων στη σειρά.
Περισσότερα άσχημα νέα για το Moon
Δεν είναι τα μόνα άσχημα νέα για τον Mond. Μια άλλη δοκιμή είναι τα πλατιά δυαδικά αστέρια – δύο αστέρια που περιφέρονται γύρω από ένα κοινό κέντρο σε απόσταση αρκετών χιλιάδων AU. Ο Mond προέβλεψε ότι τέτοια αστέρια θα πρέπει να περιφέρονται μεταξύ τους 20% γρηγορότερα από ό,τι θα αναμενόταν σύμφωνα με τους νόμους του Νεύτωνα. Όμως ένας από εμάς, ο Indranil Banik, διεξήγαγε πρόσφατα μια πολύ λεπτομερή μελέτη που αποκλείει αυτή την πρόβλεψη. Η πιθανότητα ο Mond να έχει δίκιο, δεδομένων αυτών των αποτελεσμάτων, είναι η ίδια με μια δίκαιη προσγείωση κερμάτων 190 συνεχόμενες φορές.
Τα αποτελέσματα μιας άλλης ομάδας δείχνουν ότι το φεγγάρι δεν μπορεί να εξηγήσει ακόμη και μικρά σώματα στο μακρινό εξωτερικό ηλιακό σύστημα. Οι κομήτες που προέρχονται από εκεί έχουν πολύ στενότερη κατανομή ενέργειας από ό,τι προβλέπει η Σελήνη. Αυτά τα σώματα έχουν επίσης τροχιές που έχουν συνήθως μόνο ελαφρά κλίση προς το επίπεδο κοντά στο οποίο κινούνται όλοι οι πλανήτες. Η Σελήνη θα έκανε τις κλίσεις να είναι πολύ μεγαλύτερες.
Σε κλίμακες μήκους κάτω από περίπου ένα έτος φωτός, η Νευτώνεια βαρύτητα προτιμάται έντονα από τη σεληνιακή βαρύτητα. Αλλά η Σελήνη αποτυγχάνει επίσης σε κλίμακες πέρα από τους γαλαξίες: δεν μπορεί να εξηγήσει τις κινήσεις μέσα στα σμήνη γαλαξιών. Η σκοτεινή ύλη προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Fritz Zwicky τη δεκαετία του 1930 για να εξηγήσει τις τυχαίες κινήσεις των γαλαξιών μέσα στο σμήνος Κόμα, το οποίο απαιτεί περισσότερη βαρύτητα για να το κρατήσει ενωμένο από ό,τι μπορεί να προσφέρει η ορατή μάζα.
Η Σελήνη επίσης δεν μπορεί να προσφέρει αρκετή βαρύτητα, τουλάχιστον στις κεντρικές περιοχές των σμήνων γαλαξιών. Αλλά στα περίχωρά του, η Σελήνη παρέχει υπερβολική βαρύτητα. Αν υποθέσουμε ότι η νευτώνεια βαρύτητα περιέχει πέντε φορές περισσότερη σκοτεινή ύλη από την κανονική ύλη φαίνεται να παρέχει καλή εφαρμογή με τα δεδομένα.
Ωστόσο, το τυπικό μοντέλο της σκοτεινής ύλης στην κοσμολογία δεν είναι τέλειο. Υπάρχουν πράγματα που δυσκολεύεται να εξηγήσει, από τον ρυθμό διαστολής του σύμπαντος έως τις τεράστιες κοσμικές δομές. Επομένως, μπορεί να μην έχουμε ακόμα το τέλειο μοντέλο. Φαίνεται ότι η σκοτεινή ύλη παραμένει, αλλά η φύση της μπορεί να είναι διαφορετική από αυτό που προτείνει το Καθιερωμένο Μοντέλο. Ή η βαρύτητα θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι ισχυρότερη από όσο νομίζουμε – αλλά μόνο σε πολύ μεγάλες κλίμακες.
Τελικά, ωστόσο, όπως έχει διατυπωθεί επί του παρόντος, η Σελήνη δεν μπορεί πλέον να θεωρηθεί ως βιώσιμη εναλλακτική λύση στη σκοτεινή ύλη. Μπορεί να μην μας αρέσει, αλλά η σκοτεινή πλευρά εξακολουθεί να κυριαρχεί.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Η Indranil Banik λαμβάνει χρηματοδότηση από το Συμβούλιο Εγκαταστάσεων Επιστήμης και Τεχνολογίας για να δοκιμάσει το MOND χρησιμοποιώντας τη δυναμική των ευρειών δυαδικών αστεριών.
Ο Χάρι Ντέσμοντ δεν εργάζεται, δεν συμβουλεύει, δεν κατέχει μετοχές ή δεν λαμβάνει χρηματοδότηση από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο και δεν έχει αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή απασχόλησή τους.