Apakah Hukum Gravitasi Newton Salah: Misteri Pengamatan Peneliti

Penemuan ini tidak dapat dijelaskan dengan asumsi klasik.

Sebuah tim astrofisikawan internasional telah membuat penemuan yang membingungkan saat menganalisis beberapa gugus bintang. Penemuan ini menentang hukum gravitasi Newton, tulis para peneliti dalam publikasi mereka. Sebaliknya, pengamatan konsisten dengan prediksi teori gravitasi alternatif. Namun, ini kontroversial di antara para ahli. Hasilnya sekarang telah diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society. Universitas Bonn memainkan peran utama dalam penelitian ini.

Dalam pekerjaan mereka, para peneliti menyelidiki apa yang disebut gugus bintang terbuka, kelompok yang tidak terhubung dari beberapa lusin hingga beberapa ratus bintang yang ditemukan di galaksi spiral dan tidak beraturan. Gugus terbuka terbentuk ketika ribuan bintang lahir dalam waktu singkat di awan gas besar. Ketika “menyala”, pendatang baru dari galaksi meniup sisa-sisa awan gas. Dalam prosesnya, massa mengembang secara signifikan. Ini menciptakan formasi lepas dari beberapa puluh hingga beberapa ribu bintang. Massa disatukan oleh gaya gravitasi lemah yang bekerja di antara mereka sendiri.

“Dalam kebanyakan kasus, gugus bintang terbuka hanya hidup beberapa ratus juta tahun sebelum mereka mencair,” jelas Profesor Dr. Pavel Krupa dari Institut Radiasi dan Fisika Nuklir Helmholtz di Universitas Bonn. Dalam prosesnya, bintang-bintang hilang secara teratur, yang terakumulasi dalam apa yang disebut “ekor pasang surut”. Salah satu ekor ini ditarik ke belakang balok saat bergerak melalui ruang angkasa. Pada gilirannya, yang lain memimpin seperti ujung tombak.

Prof. Dr. Pavel Krupa dari Institut Helmholtz untuk Radiasi dan Fisika Nuklir di Universitas Bonn. Kredit: Volker Lanert/University of Bonn

“Menurut hukum gravitasi Newton, adalah masalah kebetulan ekor mana yang berakhir di bintang yang hilang,” jelas Dr Jan Pvalam-Altenberg dari Institut Radiasi dan Fisika Nuklir Helmholtz. “Jadi kedua ujungnya harus mengandung jumlah bintang yang kira-kira sama. Namun, dalam pekerjaan kami, untuk pertama kalinya kami dapat membuktikan bahwa ini tidak benar: dalam kelompok yang kami pelajari, ekor depan selalu berisi lebih banyak bintang yang dekat dengan massanya. daripada ekor belakang”.

Metode baru untuk menghitung bintang telah dikembangkan

Di antara jutaan bintang yang dekat dengan massanya, hampir tidak mungkin untuk menentukan mana yang termasuk ekornya – sampai sekarang. “Untuk melakukan ini, Anda harus melihat kecepatan dan arah gerakan serta usia masing-masing objek ini,” jelas Dr. Teresa Yarabkova. Rekan penulis penelitian, yang menerima gelar Ph.D.nya di grup Kroupa, baru-baru ini pindah dari Badan Antariksa Eropa (ESA) untuk Observatorium Selatan Eropa di Garching. Dia mengembangkan metode yang memungkinkannya menghitung bintang di ekornya secara akurat untuk pertama kalinya. “Sejauh ini, lima cluster terbuka telah diselidiki di dekat kami, termasuk empat oleh kami,” katanya. “Ketika kami menganalisis semua data, kami menemukan kontradiksi dengan teori saat ini. Data survei yang sangat akurat dari Misi Gaia Badan Antariksa Eropa sangat diperlukan untuk ini.”

Di gugus bintang Hyades (atas), jumlah bintang (hitam) di ekor pasang surut depan jauh lebih banyak daripada di belakang. Dalam simulasi komputer dengan MOND (bawah), gambar serupa muncul. Kredit: AG Kroupa / Uni Bonn

Sebaliknya, data observasional lebih cocok dengan teori SENIN (“Dinamika Newtonian yang Dimodifikasi”) di antara para ahli. “Sederhananya, menurut MOND, bintang dapat meninggalkan grup melalui dua pintu yang berbeda,” jelas Kroupa. “Satu mengarah ke ekor pasang surut, yang lain ke depan. Namun, yang pertama jauh lebih sempit daripada yang kedua – jadi tidak mungkin bintang akan meninggalkan massa melaluinya. Di sisi lain, teori gravitasi Newton memprediksi bahwa keduanya pintu harus sama lebar”.

Gugus bintang berumur lebih pendek dari prediksi hukum Newton

Tim astrofisikawan telah menghitung distribusi bintang yang diharapkan menurut MOND. “Hasilnya secara mengejutkan konsisten dengan pengamatan,” menyoroti Dr. Ingo Thies, yang memainkan peran kunci dalam simulasi terkait. Namun, kami harus menggunakan metode aritmatika yang relatif sederhana untuk melakukannya. Saat ini kami kekurangan alat matematis untuk melakukan analisis yang lebih rinci tentang dinamika Modifikasi Newton.” Namun, simulasi juga bertepatan dengan pengamatan di sisi lain: mereka memperkirakan berapa lama gugus bintang yang biasanya terbuka akan tetap ada. Periode waktu ini jauh lebih pendek dari yang diharapkan menurut untuk “Ini menjelaskan misteri yang sudah lama diketahui,” catat Kroupa. “Secara khusus, gugus bintang di galaksi terdekat tampaknya menghilang lebih cepat dari yang seharusnya.”

Namun, teori MOND tidak terbantahkan di antara para ahli. Karena hukum gravitasi Newton tidak akan berlaku dalam kondisi tertentu, tetapi harus dimodifikasi, ini akan memiliki konsekuensi yang luas untuk bidang fisika lainnya juga. “Sekali lagi, ini memecahkan banyak masalah yang dihadapi kosmologi saat ini,” jelas Kroupa, yang juga anggota Bidang Penelitian Interdisipliner untuk Pemodelan dan Materi di Universitas Bonn. Ahli astrofisika sekarang mengeksplorasi metode matematika baru untuk simulasi yang lebih akurat. Mereka kemudian dapat digunakan untuk menemukan lebih banyak bukti tentang apakah teorema MOND benar atau tidak.

Referensi: “Ekor Pasang Surut Asimetris dari Gugus Bintang Terbuka: Bintang Melintasi Gugus Brah Mereka Menentang Gravitasi Newtonian” oleh 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 dan J Arsith Ambassador, 26 Oktober 2022, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Selain Universitas Bonn, penelitian ini juga melibatkan Universitas Charles di Praha, 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.