На левой панели показана эллиптическая орбита в орбитальной плоскости, если смотреть лицом вперед.
На правой панели показана трехмерная геометрия наблюдения и показано соотношение между плоскостью орбиты и плоскостью неба наблюдателя.
Авторы и права: Астрофизический журнал (2023 г.). DOI: 10.3847/1538-4357/ace101

В качестве ключевого улучшения по сравнению с другими исследованиями исследование Че было сосредоточено на расчете гравитационных ускорений, испытываемых двойными звездами , в зависимости от их разделения или, что эквивалентно, орбитального периода, путем депроекции Монте-Карло наблюдаемых движений в проекции неба на трехмерное пространство.

Че объясняет: «С самого начала мне казалось ясным, что гравитация может быть наиболее прямо и эффективно проверена путем вычисления ускорений, потому что гравитационное поле само по себе является ускорением. Мой недавний опыт исследования кривых вращения галактик привел меня к этой идее. двойные системы имеют некоторое сходство в своих орбитах, хотя широкие двойные системы следуют сильно вытянутым орбитам, в то время как частицы газообразного водорода в галактическом диске следуют по почти круговым орбитам».

Кроме того, в отличие от других исследований, Че откалибровал частоту появления скрытых вложенных внутренних двоичных файлов при эталонном ускорении.

Исследование показало, что когда две звезды вращаются вокруг друг друга с ускорениями ниже примерно одного нанометра в секунду в квадрате, они начинают отклоняться от предсказания универсального закона тяготения Ньютона и общей теории относительности Эйнштейна.

Для ускорений ниже примерно 0,1 нанометра в секунду в квадрате наблюдаемое ускорение примерно на 30-40% выше, чем предсказание Ньютона-Эйнштейна. Значимость очень высока, чтобы соответствовать общепринятым критериям 5 сигм для научного открытия. В выборке из 20 000 широких двоичных файлов в пределах расстояния 650 световых лет два независимых интервала ускорения соответственно показывают отклонения более 5 сигм в одном и том же направлении.

Поскольку наблюдаемые ускорения выше примерно 10 нанометров в секунду в квадрате хорошо согласуются с предсказанием Ньютона-Эйнштейна из того же анализа, наблюдаемое увеличение ускорений при более низких ускорениях остается загадкой. Интригует то, что это нарушение теории Ньютона-Эйнштейна при ускорениях слабее примерно одного нанометра в секунду в квадрате было предложено 40 лет назад физиком-теоретиком Мордехаем Милгромом из Института Вейцмана в Израиле в новой теоретической структуре, называемой модифицированной ньютоновской динамикой (MOND). ) или динамика Милгрома в современном использовании.

Более того, коэффициент усиления около 1,4 правильно предсказывается лагранжевой теорией гравитации типа MOND, называемой AQUAL, предложенной Милгромом и покойным физиком Джейкобом Бекенштейном. Что примечательно, так это то, что правильный коэффициент усиления требует эффекта внешнего поля от галактики Млечный Путь, который является уникальным предсказанием модифицированной гравитации типа MOND. Таким образом, данные широкой бинарной системы показывают не только нарушение ньютоновской динамики, но и проявление эффекта внешнего поля модифицированной гравитации.

О результатах Че говорит: «Кажется невозможным, чтобы заговор или неизвестная систематика могли вызвать эти зависящие от ускорения нарушения стандартной гравитации в соответствии с AQUAL. Я исследовал все возможные систематики, как описано в довольно длинной статье. Результаты таковы. Я предвижу, что результаты будут подтверждены и уточнены с использованием более качественных и больших данных в будущем. Я также опубликовал все свои коды ради прозрачности и для обслуживания любых заинтересованных исследователей».

В отличие от кривых галактического вращения, в которых наблюдаемые повышенные ускорения в принципе могут быть отнесены к темной материи в стандартной гравитации Ньютона-Эйнштейна, она не может повлиять на динамику широкой двойной системы, даже если бы она существовала. Стандартная гравитация просто нарушается в пределе слабого ускорения в соответствии со структурой MOND.

Последствия широкой двойной динамики глубоки в астрофизике, теоретической физике и космологии. Аномалии орбит Меркурия, наблюдаемые в девятнадцатом веке, в конечном итоге привели к общей теории относительности Эйнштейна.

Теперь аномалии в широких двойных системах требуют новой теории, расширяющей общую теорию относительности до предела MOND с низким ускорением. Несмотря на все успехи ньютоновской гравитации, общая теория относительности необходима для релятивистских гравитационных явлений, таких как черные дыры и гравитационные волны. Точно так же, несмотря на все успехи общей теории относительности, необходима новая теория для явления МОНД в пределе слабого ускорения. Катастрофа слабого ускорения гравитации может иметь некоторое сходство с ультрафиолетовой катастрофой классической электродинамики, которая привела к квантовой физике.

Широкие бинарные аномалии — это катастрофа для стандартной гравитации и космологии, которые опираются на концепции темной материи и темной энергии. Поскольку гравитация следует за MOND, большое количество темной материи в галактиках (и даже во Вселенной) больше не нужно. Это также стало большим сюрпризом для Че, который, как и типичные ученые, еще несколько лет назад «верил» в темную материю .

Кажется, сейчас происходит новая революция в физике. Милгром говорит: «Находка Че является результатом очень сложного анализа передовых данных, который, насколько я могу судить, он выполнил очень тщательно и тщательно. Но для такого далеко идущего открытия — и это действительно очень далеко идущие — нам требуется подтверждение независимым анализом, желательно с лучшими будущими данными».

«Если эта аномалия подтвердится как нарушение ньютоновской динамики, и особенно если она действительно согласуется с самыми прямыми предсказаниями МОНД, это будет иметь огромные последствия для астрофизики, космологии и фундаментальной физики в целом».

Ксавье Эрнандес, профессор UNAM в Мексике, который десять лет назад впервые предложил широкомасштабные бинарные тесты гравитации, говорит: «Удивительно, что отклонение от ньютоновской гравитации, о котором в течение некоторого времени заявляла моя группа, теперь было независимо подтверждено, и впечатляет, что это вылет был впервые правильно идентифицирован как точно соответствующий подробной модели MOND. Беспрецедентная точность спутника Gaia, большая и тщательно отобранная выборка, которую использует Че, и его подробный анализ делают его результаты достаточно надежными, чтобы их можно было квалифицировать как открытие. "

Павел Крупа, профессор Боннского университета и Карлова университета в Праге, пришел к одним и тем же выводам относительно закона тяготения. Он говорит: «Благодаря этому тесту на широких двойных системах, а также нашим тестам на рассеянных звездных скоплениях вблизи Солнца данные теперь убедительно подразумевают, что гравитация является милгромовской, а не ньютоновской. Значение для всей астрофизики огромно».