Астрофизики наблюдали загадочное поведение звездных скоплений, которое, кажется, бросает вызов нашему нынешнему пониманию гравитации в космических масштабах. Любопытно, что наблюдения согласуются с альтернативной теорией гравитации, которая может отрицать необходимость существования темной материи.

Хотя с тех пор эта теория была вытеснена общей теорией относительности Эйнштейна, закон всемирного тяготения Ньютона по-прежнему хорошо объясняет крупномасштабную структуру и движения Вселенной. Но теперь были сделаны новые наблюдения, которые не совсем соответствуют этим принятым в настоящее время моделям. Исследование было опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Международная группа астрофизиков исследовала рассеянные звездные скопления, в которых тысячи молодых звезд рождаются из большого облака пыли и газа. Эти скопления имеют относительно короткую продолжительность жизни, прежде чем они растворятся, поскольку звезды дрейфуют в два «хвоста» - один перед скоплением и один позади.

«Согласно законам тяготения Ньютона, вопрос о том, в каком из хвостов окажется потерянная звезда, - дело случая. Значит, оба хвоста должны содержать примерно одинаковое количество звезд. Однако в нашей работе мы впервые смогли доказать, что это не так: в исследованных нами скоплениях передний хвост всегда содержит значительно больше звезд, близких к скоплению, чем задний хвост», - сказал доктор Ян Пфламм-Альтенбург, соавтор исследования.

В прошлом было сложно определить, какая из звезд скопления принадлежит какому хвосту, но сейчас ученые разработали новый метод для этого. Они называют это методом компактной точки схождения (CCP) Джерабковой (Jerabkova-compact-convergent-point (CCP) method), и он был применен к данным о четырех рассеянных звездных скоплениях, собранным в ходе таких обзоров, как миссия Gaia.

К своему удивлению, они обнаружили, что во всех четырех скоплениях в ведущем хвосте было гораздо больше звезд, чем в заднем, что явно противоречит законам Ньютона. Затем команда смоделировала движения звезд в этих скоплениях в соответствии с другой гипотезой, известной как модифицированная ньютоновская динамика (Modified Newtonian Dynamics, MOND).

По сути, эта модель предполагает, что эффекты гравитации сильнее при малых ускорениях, чем в законах Ньютона. И что интересно, предсказания этой модели очень хорошо совпали с наблюдениями. «Проще говоря, согласно MOND, звезды могут покинуть скопление через две разные двери. Одна ведет к заднему приливному хвосту, другая - к переднему. Однако первая намного уже второй, поэтому вероятность того, что через нее звезда покинет скопление, меньше.

С другой стороны, теория гравитации Ньютона предсказывает, что обе двери должны быть одинаковой ширины», - сказал профессор Павел Крупа, первый автор исследования. Это не единственный способ, которым модель MOND лучше соответствует реальным наблюдениям. Было обнаружено, что звездные скопления в близлежащих галактиках растворяются быстрее, чем предсказывают законы Ньютона, но это будет естественным побочным продуктом MOND.

Еще одно важное следствие MOND может потрясти астрофизику в том виде, в каком мы ее знаем: если бы это было правдой, то темной материи не существовало бы. Это загадочное вещество было придумано в 1930-х годах для объяснения расхождений в наблюдаемом движении звезд и галактик, которые, как было замечено, двигались слишком быстро для той массы, которую они, по-видимому, содержали.

Темная материя заполняет пробел, добавляя огромное количество невидимой массы, которую ученые ищут с тех пор. Десятилетия экспериментов, направленных на обнаружение частиц темной материи, ни к чему не привели. Тем не менее, темная материя является преобладающей теорией, потому что она очень хорошо объясняет многие наблюдаемые особенности Вселенной, и есть множество других свидетельств, указывающих на ее существование.