Colapso das teorias de Newton e Einstein de baixa aceleração

Um estudo dos movimentos orbitais de binários amplos revelou evidências de que a gravidade escalar colapsa em baixa aceleração. A descoberta é consistente com uma teoria modificada chamada MOND e desafia as noções atuais de matéria escura. As implicações para a astrofísica, física e cosmologia são profundas, e as descobertas foram reconhecidas como uma descoberta importante por especialistas da área.

Um novo estudo relata evidências convincentes de colapso gravitacional recorde no limite inferior de aceleração, resultante de uma análise verificável dos movimentos orbitais de estrelas binárias longas e amplamente espaçadas. Essas estrelas são comumente chamadas de binárias amplas em astronomia e astrofísica. O estudo foi conduzido por Kyu-Hyun Chae, professor de física e astronomia na Universidade Sejong em Seul, e usou até 26.500 binários de largura dentro de 650 anos-luz (LY), que foram detectados pelo telescópio espacial Gaia da Agência Espacial Europeia.

metodologia

Para uma melhoria significativa em relação a outras pesquisas, o estudo de Chai concentrou-se no cálculo das acelerações gravitacionais experimentadas por estrelas binárias em função de sua separação, ou equivalentemente, do período orbital. Isso foi alcançado pela projeção de Monte Carlo dos movimentos de projeção do céu observados no espaço tridimensional.

Zhai explica: “Desde o início, parecia claro para mim que a gravidade poderia ser experimentada direta e efetivamente calculando a aceleração porque o próprio campo gravitacional é uma aceleração. Minhas experiências recentes de pesquisa com curvas de rotação galáctica me levaram a essa ideia. Discos galácticos e binários largos compartilham algumas semelhanças em suas órbitas.” , embora os binários largos sigam órbitas muito longas, enquanto as moléculas de gás hidrogênio em um disco galáctico seguem órbitas quase circulares.”

Além disso, Chae calibrou a taxa de incidência de diodos internos interferentes ocultos na aceleração padrão, em contraste com outros estudos.

Esquerda: um sistema estelar binário com um binário interno sobreposto (Crédito: Wikipedia). Direita: Anomalia gravitacional em baixa aceleração observada em 20.000 binários largos. Crédito: Kyu-Hyun Chae

as evidências

O estudo revelou que quando duas estrelas orbitam uma à outra com acelerações de menos de um nanômetro por segundo ao quadrado, elas começam a se desviar das previsões da lei da gravitação universal de Newton e da relatividade geral de Einstein. Para acelerações abaixo de aproximadamente 0,1 nanômetros por segundo ao quadrado, a aceleração observada é cerca de 30 a 40 por cento maior do que a previsão de Newton-Einstein. O significado é significativo e atende aos critérios tradicionais de 5 sigma para uma descoberta científica. Em uma amostra de 20.000 diodos de largura dentro de um limite de distância de 650 LY, duas tensões de acelerador independentes exibem, respectivamente, desvios de mais de 5 sigma de significância na mesma direção.

Uma vez que a aceleração observada mais forte do que cerca de 10 nanômetros por segundo ao quadrado concorda bem com a previsão de Newton-Einstein da mesma análise, o aumento observado na aceleração em acelerações mais baixas é um quebra-cabeça. Curiosamente, esse colapso da teoria de Newton-Einstein na aceleração mais fraca foi proposto há 40 anos pelo físico teórico Mordehai Milgrom no Instituto Weizmann em Israel em uma nova estrutura teórica chamada Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND) ou dinâmica de Milgrom no uso atual.

conexão MOND

O fator de aumento de cerca de 1,4 foi previsto corretamente por uma teoria da gravidade Lagrangiana do tipo MOND chamada AQUAL, proposta por Milgrom e pelo falecido físico Jacob Bekenstein. O que é notável é que o fator de reforço correto requer a influência do campo externo de via Láctea Galaxy, uma previsão de gravidade modificada por MOND exclusiva. Assim, os extensos dados binários indicam não apenas uma quebra da dinâmica newtoniana, mas também uma manifestação de um efeito de campo externo de gravidade modulada.

Chai Insight

Sobre os resultados, Chai diz: “Parece impossível que alguma conspiração ou metodologia desconhecida possa ter causado esses colapsos dependentes do acelerômetro da gravidade escalar de acordo com a AQUAL. Examinei toda a sistemática descrita no artigo bastante longo. Os resultados são reais. Espero que os resultados sejam confirmados e refinados com dados melhores e maiores no futuro. Também liberei todo o meu código por uma questão de transparência e para atender a qualquer pesquisador interessado.”

Efeitos e limitações

Ao contrário das curvas de rotação galáctica, onde a aceleração aumentada observada poderia teoricamente ser atribuída à matéria escura na gravidade padrão de Newton-Einstein, a ampla dinâmica binária não poderia ser afetada por elas, mesmo que estivessem presentes. A gravidade padrão simplesmente entra em colapso no limite de aceleração fraca de acordo com a estrutura MOND.

As implicações da ampla dinâmica binária são profundas em astrofísica, física teórica e cosmologia. Os desvios observados nas órbitas de Mercúrio no século XIX levaram à relatividade geral de Einstein. Desvios agora em binários largos requerem uma nova teoria que estenda a relatividade geral ao limite de baixa aceleração MOND.

Apesar de todos os sucessos da gravidade newtoniana, a relatividade geral é essencial para fenômenos gravitacionais relativísticos, como buracos negros e ondas gravitacionais. Da mesma forma, apesar de todos os sucessos da relatividade geral, uma nova teoria é necessária para o fenômeno MOND no limite de aceleração fraca. O cataclismo da fraca aceleração gravitacional pode ter alguma semelhança com o cataclismo ultravioleta da eletrodinâmica clássica que levou à física quântica.

Uma revolução na física

Grandes aberrações binárias são desastrosas para a gravidade padrão e uma cosmologia que se baseia em conceitos de matéria escura e energia escura. Como a gravidade segue o MOND, a grande quantidade de matéria escura nas galáxias (e até mesmo no Universo) não é mais necessária. Esta é uma grande surpresa para Chai que, como cientistas normais, “acreditava” na matéria escura até alguns anos atrás.

Parece que uma nova revolução na física está em curso. Com relação às descobertas atuais e perspectivas futuras, Milgrom diz: “A descoberta de Chai é o resultado de uma análise muito aprofundada de dados de ponta, que, até onde posso julgar, foi realizada com muito cuidado e precisão. Mas para uma descoberta tão abrangente – e é, de fato, abrangente – Precisamos de confirmação por meio de análises independentes, de preferência com melhores dados futuros. Se essa anomalia for confirmada como um colapso da dinâmica newtoniana e, especialmente, se realmente concorda com as previsões mais diretas da MOND, teria enormes implicações para a astrofísica, cosmologia e física fundamental em geral.”

Opiniões de colegas

Xavier Hernandez, professor da UNAM no México, que propôs pela primeira vez extensos testes binários de gravidade há uma década, diz: “É emocionante que o afastamento da gravidade newtoniana que meu grupo reivindicou por um tempo tenha sido confirmado de forma independente, e é impressionante que isso foi identificado.” Partida corretamente pela primeira vez, pois corresponde com precisão a um modelo MOND detalhado. Nunca visto antes Precisão Do satélite Gaia, a amostra grande e cuidadosamente selecionada de Chae e sua análise detalhada tornam seus resultados fortes o suficiente para se qualificarem como uma descoberta”.

Pavel Krupa, professor da Universidade de Bonn e da Universidade Charles de Praga, chegou às mesmas conclusões em relação à lei da gravidade. Ele diz: “Com este teste em binários amplos, bem como nossos testes em aglomerados estelares abertos próximos ao Sol, os dados agora indicam de forma convincente que a gravidade é Milgromiana em vez de Newtoniana. As implicações para toda a astrofísica são enormes”.

A descoberta foi publicada na edição de 1º de agosto de 2023 da o Jornal Astrofísico.

Referência: “Record Newton-Einstein Gravity Collapse at Low Accelerations in the Internal Dynamics of Massive Binary Stars” por Kyu Hyun-chae, 24 de julho de 2023, disponível aqui. Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101