Colapso de las teorías de baja aceleración de Newton y Einstein

Un estudio reciente revela que los movimientos orbitales de estrellas binarias ampliamente espaciadas, o «binarias anchas», rompen el modelo estándar de gravedad a baja aceleración. Al analizar los datos de 26.500 binoculares, los investigadores encontraron que las aceleraciones de menos de un nanómetro por segundo cuadrado se desvían de las leyes de la gravedad de Newton y Einstein.

Un estudio de los movimientos orbitales de binarios amplios reveló evidencia de que la gravedad escalar colapsa a baja aceleración. El descubrimiento es consistente con una teoría modificada llamada MOND y desafía las nociones actuales de materia oscura. Las implicaciones para la astrofísica, la física y la cosmología son profundas, y los hallazgos han sido reconocidos como un descubrimiento importante por expertos en el campo.

Un nuevo estudio informa pruebas convincentes de un colapso gravitacional sin precedentes en el límite inferior de aceleración, como resultado de un análisis verificable de los movimientos orbitales de estrellas binarias largas y muy espaciadas. Estas estrellas se conocen comúnmente como estrellas binarias amplias en astronomía y astrofísica. El estudio fue realizado por Kyu-Hyun Chae, profesor de física y astronomía en la Universidad de Sejong en Seúl, y utilizó hasta 26.500 binarios anchos dentro de 650 años luz (LY), que fueron detectados por el telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea.

metodología

Para una mejora significativa con respecto a otras investigaciones, el estudio de Chai se centró en calcular las aceleraciones gravitatorias experimentadas por las estrellas binarias en función de su separación, o equivalente, del período orbital. Esto se logró mediante la proyección de Monte Carlo de los movimientos de proyección del cielo observados en el espacio tridimensional.

Zhai explica: «Desde el principio, me pareció claro que la gravedad podía experimentarse directa y efectivamente calculando la aceleración porque el campo gravitatorio en sí mismo es una aceleración. Mis recientes experiencias de investigación con las curvas de rotación galáctica me llevaron a esta idea. Discos galácticos y Los binarios anchos comparten algunas similitudes en sus órbitas, aunque los binarios anchos siguen órbitas muy largas, mientras que las moléculas de gas hidrógeno en un disco galáctico siguen órbitas casi circulares.

Además, Chae calibró la tasa de incidencia de diodos internos de interferencia ocultos a una aceleración estándar, en contraste con otros estudios.

Un sistema estelar binario con un binario interno superpuesto

Izquierda: un sistema estelar binario con un binario interno superpuesto (Crédito: Wikipedia). Derecha: Anomalía gravitacional a baja aceleración observada en 20 000 binarias anchas Crédito: Kyu-Hyun Chae

los resultados

El estudio reveló que cuando dos estrellas se orbitan entre sí con aceleraciones de menos de un nanómetro por segundo cuadrado, comienzan a desviarse de las predicciones de la ley de gravitación universal de Newton y la relatividad general de Einstein. Para aceleraciones por debajo de aproximadamente 0,1 nanómetros por segundo al cuadrado, la aceleración observada es entre un 30 y un 40 por ciento mayor que la predicción de Newton-Einstein. La importancia es significativa y cumple con los criterios tradicionales de 5 sigma para un descubrimiento científico. En una muestra de 20.000 diodos anchos dentro de un límite de distancia de 650 LY, dos tensiones de acelerador independientes exhiben respectivamente desviaciones de más de 5 sigma de importancia en la misma dirección.

Dado que la aceleración observada superior a unos 10 nanómetros por segundo al cuadrado concuerda bien con la predicción de Newton-Einstein del mismo análisis, el aumento observado en la aceleración a aceleraciones más bajas es un rompecabezas. Curiosamente, este colapso de la teoría de Newton-Einstein en la aceleración más débil fue propuesto hace 40 años por el físico teórico Mordehai Milgrom en el Instituto Weizmann en Israel en un nuevo marco teórico llamado Dinámica newtoniana modificada (MOND) o Dinámica de Milgrom en uso actual.

Conexión MOND

El factor de mejora de aproximadamente 1,4 fue predicho correctamente por una teoría de la gravedad lagrangiana de tipo MOND llamada AQUAL, que fue propuesta por Milgrom y el difunto físico Jacob Bekenstein. Lo notable es que el factor de refuerzo correcto requiere la influencia del campo externo de vía Láctea Galaxy, una predicción única de la gravedad modificada por MOND. Por lo tanto, los extensos datos binarios indican no solo una ruptura de la dinámica newtoniana sino también una manifestación de un efecto de campo externo de gravedad modulada.

Perspicacia Chai

Acerca de los resultados, Chai dice: «Parece imposible que alguna conspiración o metodología desconocida pudiera haber causado estos colapsos de la gravedad escalar dependientes del acelerómetro de acuerdo con AQUAL. He examinado toda la sistemática como se describe en el artículo bastante largo. Los resultados son reales. Espero que los resultados se confirmen y refinen con datos mejores y más grandes en el futuro. También he publicado todo mi código en aras de la transparencia y para servir a cualquier investigador interesado».

Efectos y limitaciones

A diferencia de las curvas de rotación galáctica, donde la aceleración mejorada observada podría atribuirse teóricamente a la materia oscura en la gravedad estándar de Newton-Einstein, la amplia dinámica binaria no podría verse afectada por ellas, incluso si estuvieran presentes. La gravedad estándar simplemente colapsa en el límite de aceleración débil según el marco MOND.

Las implicaciones de la dinámica binaria amplia son profundas en astrofísica, física teórica y cosmología. Las desviaciones observadas en las órbitas de Mercurio en el siglo XIX finalmente llevaron a la relatividad general de Einstein. Las desviaciones ahora en binarios anchos requieren una nueva teoría que extienda la relatividad general al límite de aceleración bajo MOND.

A pesar de todos los éxitos de la gravedad newtoniana, la relatividad general es esencial para los fenómenos gravitatorios relativistas como los agujeros negros y ondas gravitacionales. Asimismo, a pesar de todos los éxitos de la relatividad general, se necesita una nueva teoría para el fenómeno MOND en el límite débil de aceleración. El cataclismo de la débil aceleración gravitatoria puede tener cierta semejanza con el cataclismo ultravioleta de la electrodinámica clásica que condujo a la física cuántica.

Una revolución en la física

Las amplias aberraciones binarias son desastrosas para la gravedad estándar y una cosmología que se basa en conceptos de materia oscura y energía oscura. Dado que la gravedad sigue a MOND, la gran cantidad de materia oscura en las galaxias (e incluso en el Universo) ya no es necesaria. Esta es una gran sorpresa para Chai quien, como los científicos normales, «creía» en la materia oscura hasta hace unos años.

Parece que está en marcha una nueva revolución en la física. Con respecto a los hallazgos actuales y las perspectivas futuras, Milgrom dice: «El descubrimiento de Chai es el resultado de un análisis muy profundo de datos de vanguardia que, hasta donde puedo juzgar, se ha realizado con gran cuidado y precisión. Pero para un descubrimiento tan trascendental —y es, de hecho, trascendental— necesitamos la confirmación a través de análisis independientes, preferiblemente con mejores datos futuros. Si esta anomalía se confirma como un colapso de la dinámica newtoniana, y especialmente si de hecho está de acuerdo con las predicciones más directas de MOND, tendría enormes implicaciones para la astrofísica, la cosmología y la física fundamental en general».

opiniones de los compañeros

Xavier Hernandez, profesor de la UNAM en México, quien propuso por primera vez extensas pruebas binarias de la gravedad hace una década, dice: «Es emocionante que la desviación de la gravedad newtoniana que mi grupo ha afirmado durante un tiempo haya sido confirmada de forma independiente, y es impresionante». que esto ha sido identificado.» Partida correctamente por primera vez ya que corresponde con precisión a un modelo MOND detallado. Nunca antes visto Exactitud Desde el satélite Gaia, la muestra grande y cuidadosamente seleccionada de Chae y su análisis detallado hacen que sus resultados sean lo suficientemente sólidos como para calificar como un descubrimiento».

Pavel Krupa, profesor de la Universidad de Bonn y la Universidad Charles de Praga, llegó a las mismas conclusiones con respecto a la ley de la gravedad. Él dice: «Con esta prueba en binarios anchos, así como nuestras pruebas en cúmulos estelares abiertos cerca del Sol, los datos ahora indican de manera convincente que la gravedad es milgromiana en lugar de newtoniana. Las implicaciones para toda la astrofísica son enormes».

El descubrimiento fue publicado en la edición del 1 de agosto de 2023 de el Diario astrofísico.

Referencia: «Record Newton-Einstein Gravity Collapse at Low Accelerations in the Internal Dynamics of Massive Binary Stars» por Kyu Hyun-chae, 24 de julio de 2023, disponible aquí. Diario astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ace101

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