根據(jù)一項新的研究，一位科學家在某些恒星系統(tǒng)中觀察到一種“引力異常”，這可能會顛覆關(guān)于宇宙的一個基本假設(shè)。

當松散運行的恒星(被稱為寬雙星)的運動方式似乎違背了基于艾薩克·牛頓和阿爾伯特·愛因斯坦思想的既定引力模型時，這種異?，F(xiàn)象就出現(xiàn)了。這一令人費解的發(fā)現(xiàn)暗示了一種可能的替代物理理論，它不依賴于暗物質(zhì)等奇怪的未知現(xiàn)象的存在，來解釋我們在太空中看到的現(xiàn)象。

重力是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钍煜さ牧α恐?，但它也是最難解釋的力量之一。在標準的宇宙學模型中——一個久經(jīng)考驗的理論框架——引力受牛頓定律和愛因斯坦廣義相對論的支配。標準模型還預(yù)測存在一種未知的物質(zhì)，稱為暗物質(zhì)，它占宇宙質(zhì)量的絕大部分。

標準模型是一個可靠的理論，但外層空間的一些物體似乎偏離了它的引力劇本。出于這個原因，科學家們在20世紀80年代開始發(fā)展另一種引力解釋，即修正牛頓動力學(MOND)，它不需要暗物質(zhì)的存在。

韓國世宗大學(Sejong University)的天文學家蔡圭鉉(Kyu-Hyun Chae)利用歐洲航天局蓋亞天文臺(Gaia observatory)拍攝的圖像，分析了距離地球650光年以內(nèi)的26500個寬雙星的恒星加速度，并對這些模型進行了驗證。科學家們此前曾在這些系統(tǒng)中尋找重力改變的跡象，但蔡伊采取了下一步行動，他開發(fā)了一種新的代碼，可以解釋特殊的細節(jié)，比如所謂的“嵌套”雙星的發(fā)生率，在這種雙星中，松散的軌道恒星也有近距離的伴星。

新的數(shù)據(jù)表明，當這些恒星的引力加速度降至1納米/秒平方以下時，它們開始以更符合MOND模型而不是標準模型的方式移動。根據(jù)最近發(fā)表在《天體物理學雜志》上的一項研究，蔡說，這些發(fā)現(xiàn)提供了“在弱加速度下標準重力分解的直接證據(jù)”，并揭示了“一種不可移動的重力異常，有利于基于mond的修正重力”。

“當我的新的、更可靠的代碼開始顯示結(jié)果時，我最初的反應(yīng)是難以置信，”Chae在給Motherboard的一封電子郵件中說?！拔腋杏X自己像是在做夢。這看起來很不真實。這是因為我的結(jié)果與之前的任何結(jié)果都不匹配?！?/p>

“之前的幾個結(jié)果甚至聲稱，包括蓋亞DR3在內(nèi)的廣泛的雙星數(shù)據(jù)更傾向于標準重力，”他繼續(xù)說。“一組人聲稱存在異常已經(jīng)有一段時間了，但這種異常似乎與現(xiàn)有修正的引力理論的預(yù)測不太吻合。然而，這些先前的研究并沒有自我校準或充分考慮到隱藏的嵌套二進制的數(shù)量。”

研究MOND理論的科學家通常關(guān)注于對星系的觀察，但研究人員越來越多地關(guān)注大范圍雙星的異常，因為恒星尺度太小，不會受到暗物質(zhì)的影響(假設(shè)它存在)。

Chae在研究中說:“用寬雙星測試重力很有趣，因為暗物質(zhì)在它們的內(nèi)部動力學中不起作用?！薄耙虼耍c星系和星系團不同，沒有必要將修正引力和暗物質(zhì)的預(yù)測區(qū)分開來，它們似乎重疊，在某些情況下只是略有不同?！?/p>

在這項新研究中，Chae報告了他所謂的“明確證據(jù)”，即雙星在弱加速點的運動似乎與被稱為AQUAL的特定MOND預(yù)測同步。這一發(fā)現(xiàn)表明，標準的引力觀無法解釋這些低加速度下的運動，這可能會激發(fā)科學家重新思考牛頓引力平方反比定律和愛因斯坦廣義相對論的各個方面，以及暗物質(zhì)的必要性。

“因為假定廣義相對論在低加速極限下是有效的，就需要大量的暗物質(zhì)——六倍于標準模型的重子或普通物質(zhì)，所以對大量暗物質(zhì)的需求不再有效，”蔡先生解釋說?！斑@并不一定排除新粒子無法被發(fā)現(xiàn)的可能性，比如惰性中微子。但是，很明顯，不需要像廣義相對論所要求的那么多暗物質(zhì)?！?/p>

雖然結(jié)果是誘人的，蔡先生說，未來的觀察和理論工作將需要建立在這一發(fā)現(xiàn)。他還指出，這些發(fā)現(xiàn)對標準模型的某些部分提出了挑戰(zhàn)，但該模型仍然是觀察宇宙中許多其他現(xiàn)象的最佳鏡頭。

“我想強調(diào)的是，牛頓動力學和廣義相對論在非mond體系中的所有成功方面都將繼續(xù)受到珍視，”Chae告訴Motherboard?！袄纾瑥V義相對論對黑洞的描述是有效的，與低加速極限中的異常無關(guān)。我們討論的只是對低加速度限制的修訂。”

即便如此，基于這些發(fā)現(xiàn)的標準模型的任何更新或修訂都將對我們的宇宙概念產(chǎn)生深遠的影響。

“因為標準的宇宙學是建立在廣義相對論的基礎(chǔ)上的，宇宙學現(xiàn)在需要一個重大的修訂，”蔡先生總結(jié)道?！拔艺J為我們正在進入一個非常激動人心的時期。當麥克斯韋電動力學理論中的紫外線災(zāi)難在一個多世紀前被發(fā)現(xiàn)時，它最終導(dǎo)致了量子物理學的發(fā)展。我們現(xiàn)在正面臨一個低加速度的重力災(zāi)難。看到它將引領(lǐng)世界走向何方是令人興奮的?！?/p>