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關於星團的新發現挑戰了牛頓的萬有引力定律

關於星團的新發現挑戰了牛頓的萬有引力定律

2022-11-01 Comments 0 Comment

根據近日發表的一項新研究,某些星團似乎沒有遵循目前對艾薩克·牛頓的萬有引力定律的理解。這項研究發表在《皇家天文學會月刊》上,分析了疏散星團,這些星團是在一個巨大的氣體雲中,在短時間內誕生成千上萬的恆星時形成的。

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隨著恆星的誕生,它們吹走了氣體雲的殘餘部分,導致星團膨脹,並形成一個由幾十到幾千顆恆星組成的鬆散陣型,被微弱的引力固定在一起。

隨著星團的溶解,恆星積聚在兩個“潮汐尾巴”上:一個被拉到星團後面,另一個被推到前面。

波恩大學亥姆霍茲輻射與核物理研究所的Jan Pflamm-Altenburg博士解釋說:“根據牛頓的萬有引力定律,一顆丟失的恆星最終會出現在哪條尾巴上,這是一個機會問題。因此,兩條尾巴應該包含大約相同數量的恆星。然而,在我們的工作中,我們能夠首次證明這不是真的:在我們研究的星團中,前尾部總是包含比後尾部明顯更多的星團附近的恆星。”

論文的共同作者Tereza Jerabkova博士解釋說,要確定哪些恆星屬於哪條尾巴是非常困難的。

Jerabkova說:“要做到這一點,你必須看看這些天體中每一個的速度、運動方向和年齡。”他設法開發了一種方法,首次利用歐洲航天局蓋亞任務的數據準確地計算了這些恆星。

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當研究人員查看這些數據時,他們發現這些數據不符合牛頓的重力定律,反而更符合一種叫做修正的牛頓動力學(MOND)的替代理論。

“簡單地說,根據MOND,恆星可以通過兩個不同的門離開一個星團,”亥姆霍茲輻射與核物理研究所的Pavel Kroupa 教授博士解釋說。“一個通向後方的潮汐尾巴,另一個通向前方。然而,第一條比第二條窄得多–因此,一顆恆星通過它離開星團的可能性較小。另一方面,牛頓的引力理論預測,兩個門應該是相同的寬度。”

研究人員模擬了根據MOND理論預期的恆星分佈,發現它與他們在蓋亞任務的數據中觀察到的情況很吻合。

在模擬中發揮了關鍵作用的Ingo Thies博士解釋說,研究人員在研究中需要依靠相對簡單的計算方法,因為目前還沒有數學工具來對MOND理論進行更詳細的分析。

模擬結果也與蓋亞數據相吻合,即星團通常存活多長時間,這比根據牛頓定律的預期要短得多。

Kroupa說:“這解釋了一個長期以來一直為人所知的謎團。也就是說,附近星系中的星團似乎比它們應該消失的更快。”

MOND理論是有爭議的,因為對牛頓引力定律的修改將對物理學的其他領域也有深遠的影響,儘管它們將解決宇宙學面臨的許多問題。

來自波恩大學的團隊現在正在研究新的數學方法,以創建更精確的模擬。

來自布拉格查爾斯大學、歐洲南方天文台(ESO)、斯特拉斯堡天文台、歐洲空間研究與技術中心(ESTEC)、伊朗基礎科學高級研究所(IASBS)、中國科技大學、拉古納大學和劍橋大學的科學家們也參加了這項研究。

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