Historia nauki jest pełna debat między przeciwstawnymi frakcjami. Nawet dzisiaj astronomowie debatują nad wielkimi ideami — takimi jak różne modele opisujące ruch gwiazd i galaktyk, od niewidocznej ciemnej materii po twierdzenie, że nasze rozumienie praw fizyki jest błędne. Każda ze stron wskazuje na inne dowody potwierdzające ich stanowisko. Teraz nowy artykuł opublikowany w Astronomia przyrody twierdzi, że obala kluczową obserwację i w ten sposób wzmacnia tezę, że Wszechświat jest pełen niewidocznej materii.

Współczesna astronomia stawia niezwykłe twierdzenie. Chociaż potężne obserwatoria, takie jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a i nowszy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, mogą zobaczyć miliardy gwiazd i galaktyk, te zapierające dech w piersiach zdjęcia to tylko niewielka część materii we Wszechświecie. Oprócz świecących gwiazd i niewidzialnych obłoków gazu, które istnieją w przestrzeni między nimi, większość astrofizyków uważa, że ​​kosmos jest wypełniony substancją zwaną ciemną materią, która ani nie emituje, ani nie pochłania światła.

Nie powinno więc dziwić, że ciemna materia nie została wykryta bezpośrednio; można go zaobserwować tylko dzięki jego grawitacyjnemu wpływowi na widzialną materię. Zgodnie z teorią ciemnej materii jest około pięć razy więcej niż zwykłej materii.

Dowody na ciemną materię

Istnieje wiele dowodów potwierdzających ideę ciemnej materii, ale najłatwiejszy do wyjaśnienia dotyczy rotacji galaktyk. Galaktyki to ogromne kolekcje gwiazd w kosmosie, zawierające wiele miliardów gwiazd. Szacuje się, że Droga Mleczna, czyli galaktyka, w której znajduje się nasza planeta, zawiera od 200 do 400 miliardów gwiazd.

Galaktyki obracają się, co oznacza, że ​​gwiazdy krążą wokół centrum galaktyki, podobnie jak planety krążą wokół Słońca w naszym Układzie Słonecznym. Chociaż każda planeta jest przyciągana w kierunku Słońca, jej prędkość powoduje, że krąży ona po orbicie prawie kołowej. Prędkość i grawitacja równoważą się, a planety dalej od Słońca poruszają się wolniej niż te znajdujące się bliżej.

W galaktykach jest podobnie, a prawa fizyki dają podobne przewidywania, w szczególności, że gwiazdy daleko od centrum galaktyki poruszają się wolniej niż te bliżej niego. Kiedy jednak astronomowie mierzą prędkość gwiazd na obrzeżach galaktyk, odkrywają, że poruszają się one szybciej niż przewidywano. Jeśli prawa grawitacji i ruchu są prawidłowe, jedynym wyjaśnieniem jest to, że dodatkowa, niewidoczna materia zwiększa grawitację doświadczaną przez te szybko poruszające się gwiazdy.

Debata o ciemnej materii

Jednak mniejszość naukowców odrzuca hipotezę ciemnej materii jako nieprawdopodobną. Zamiast tego uważają, że przyjęte prawa fizyki są błędne. Według nich albo prawa rządzące ruchem obiektów astronomicznych są błędne, albo nasza teoria grawitacji nie działa w skalach galaktycznych. Dla obu przypuszczeń badacze ci opracowali szereg nowych teorii fizycznych, rządzących się innymi równaniami niż te nauczane na lekcjach fizyki.

Oba obozy — zwolennicy ciemnej materii i społeczność fizyków zmodyfikowanych — wskazują na różne zestawy danych astronomicznych na poparcie swojego stanowiska. I obie grupy mogą wskazać obserwacje, które wspierają ich przypuszczenia i nie sprzyjają drugiej. Podczas gdy większość astronomów popiera ideę ciemnej materii, istnieje jedna obserwacja, którą obozowi ciemnej materii niezwykle trudno jest wyjaśnić: rozmieszczenie małych galaktyk otaczających większe.

Te mniejsze galaktyki nazywane są „galaktykami satelitarnymi”. Te dwa wyjaśnienia — ciemna materia i zmodyfikowana fizyka — dają różne przewidywania dotyczące tego, jak galaktyki satelitarne powinny być rozmieszczone wokół galaktyk takich jak Droga Mleczna. Od mniej więcej pół wieku astronomowie wiedzą, że obserwacje faworyzują obóz zmodyfikowanej fizyki.

Droga Mleczna jest galaktyką spiralną, co oznacza, że ​​wygląda trochę jak wirujący dysk, o średnicy około 100 000 lat świetlnych i grubości 12 000 lat świetlnych – zasadniczo kosmiczna patelnia do pizzy. Taki kształt mają widoczne gwiazdy i galaktyki. Jednak teoria ciemnej materii mówi, że ciemna materia jest zasadniczo dużym, kulistym obłokiem o średnicy około 700 000 lat świetlnych, z Drogą Mleczną położoną w centrum. Ponieważ ciemna materia jest ważna w formowaniu się galaktyk, teoria ciemnej materii sugeruje, że galaktyki satelitarne Drogi Mlecznej również powinny być rozmieszczone sferycznie wokół niej.

Z drugiej strony, jeśli ciemna materia nie jest rzeczywista, a poprawnym wyjaśnieniem szybko obracających się galaktyk jest to, że prawa fizyki muszą zostać zmodyfikowane, naukowcy przewidują, że galaktyki satelitarne powinny krążyć wokół Drogi Mlecznej mniej więcej w tej samej płaszczyźnie co Droga Mleczna. Droga — zasadniczo przedłużenie samej Drogi Mlecznej. Kiedy astronomowie mierzą położenie 11 znanych galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej, odkrywają, że znajdują się one w płaszczyźnie Drogi Mlecznej. Co więcej, obserwowana konfiguracja jest bardzo nieprawdopodobna z punktu widzenia ciemnej materii. Jest to więc wygrana dla tłumu ze zmodyfikowaną grawitacją.

Kolejna wygrana ciemnej materii

Artykuł opublikowany niedawno w Astronom przyrodyy ponownie przygląda się tej obserwacji, wykorzystując niezwykle precyzyjne dane zmierzone przez satelitę Gaia. Gaia została zaprojektowana do pomiaru położenia i kierunku ruchu nawet miliarda gwiazd, a badaniem objęto galaktyki satelitarne Drogi Mlecznej.

W artykule stwierdzono, że metodologia zastosowana do określenia płaszczyzny orbity zespołu galaktyk satelitarnych była pod silnym wpływem dwóch galaktyk satelitarnych, zwanych Leo 1 i Leo 2, które były najbardziej oddalone (około 700 000 do 800 000 lat świetlnych) od centrum Drogi Mlecznej. (Metodologia matematyczna zważyła wpływ galaktyk satelitarnych na podstawie ich odległości do kwadratu.)

Obie galaktyki w Lwie znajdują się obecnie mniej więcej w płaszczyźnie Drogi Mlecznej. Jednak inne, bliższe galaktyki satelitarne są bardziej rozmieszczone sferycznie, chociaż nie do końca. Jeśli satelity Lwa zostaną wykluczone z analizy, dane nie będą już zdecydowanie faworyzować zmodyfikowanej hipotezy fizyki. Co ważne, kiedy ruch galaktyk Lwa jest mierzony przez satelitę Gaia, autorzy stwierdzili, że ich położenie w płaszczyźnie Drogi Mlecznej jest tymczasowe. Kiedy rzutują swoje położenie na miliard lat w przeszłość lub przyszłość (mrugnięcie oka, mówiąc kosmologicznie), galaktyki te nie znajdują się już w płaszczyźnie galaktycznej.

Subskrybuj sprzeczne z intuicją, zaskakujące i wpływowe historie dostarczane do Twojej skrzynki odbiorczej w każdy czwartek

Innymi słowy, jeśli weźmie się pod uwagę nadmierny nacisk na galaktyki satelitarne Lwa spowodowany przez algorytm, wraz z ich tymczasowym ustawieniem w płaszczyźnie galaktycznej, obserwacje galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej są teraz całkowicie zgodne z hipotezą ciemnej materii .

To prawda, że ​​​​jeden pomiar nie wystarczy, aby ostatecznie rozstrzygnąć debatę. Wydaje się jednak, że jeden z najsilniejszych przykładów danych faworyzujących zmodyfikowaną fizykę i odrzucających ciemną materię nie ma już takiego wpływu, jaki miał kiedyś. Biorąc pod uwagę szerokie poparcie innych danych dla ciemnej materii, niniejszy artykuł wzmocnił argumenty przemawiające za ciemną materią.