Alheimurinn

Voru snillingarnir á villigötum? Hreyfingar stjarna virðast benda til ágalla í þyngdarlögmáli Newtons

Þyngdarlögmál Newtons liggur til grundvallar rannsóknum í stjörnufræði en nú benda nýjar athuganir á ferli stjarna til þess að helstu snillingum okkar hafi mögulega skjátlast. Ef þessi uppgötvun heldur vatni þurfa vísindamenn að endurhugsa allan viðtekinn lærdóm fræða sinna um alheim.

BIRT: 26/11/2023

Þegar við sendum gervihnött á braut um jörðu reiknum við ferð hans með aðstoð jöfnu sem er meira en 300 ára gömul. Þessa jöfnu köllum við þyngdarlögmál Newtons.

 

Við reiðum okkur með fullri vissu á jöfnuna og vísindamenn nota hana ennþá sem grunn, þegar þeir rannsaka hreyfingar stjarna og stjörnuþoka.

 

En nýjar athuganir sýna að sumar stjörnur í Vetrarbrautinni virðast hreyfast með hætti sem stríðir gegn þyngdarlögmáli Newtons.

 

Annað hvort eru gögnin röng eða þau þurfa frekari greiningar við – eða þá að hið óhugsanlega gæti allt í einu verið mögulegt: Kannski hafði Newton ekki rétt fyrir sér.

 

Nokkrir djarfir vísindamenn telja nú að við verðum að hætta að styðjast við þyngdarlögmál Newtons og innleiða nýja kenningu.

 

Hafi þeir rétt fyrir sér getum við einnig varpað hugmyndinni um hið dularfulla hulduefni fyrir róða en það á ríkan þátt í að skilgreina viðtekið líkan í heimsfræðunum. 


Hulduefni bjargaði þyngdarlögmálinu

Isaac Newton birti þann 5. júlí 1687 sína byltingarkenndu bók „Stærðfræðilögmál náttúruspekinnar“.

 

Þar útskýrir vísindamaðurinn að tveir hlutir toga hvor í annan í krafti massa síns og að krafturinn dvínar allt eftir því sem fjarlægðin milli þeirra eykst.

 

Í hvert sinn sem fjarlægðin tvöfaldast fellur aðdrátturinn um fjórðung. Og lögmál þetta gildir samkvæmt Newton um gjörvallan alheim.

LESTU EINNIG

Albert Einstein byggði frekar á þyngdarlögmáli Newtons með almennu afstæðiskenningu sinni frá árinu 1915. Þar útskýrði hann nákvæmlega hvernig aðdráttarafl massa verkar: Þungir hlutir sveigja rúmið í kringum sig. Þyngdarsvið jarðar myndar þannig eins konar holu í rúminu og tunglið rúllar í kringum jörðina eins og kúla í rúllettuspili.

 

Einstein var sammála Newton um að aðdrátturinn milli tveggja massa minnkar um fjórðung þegar fjarlægðin milli þeirra tvöfaldast. 

 

Þessi viðteknu sannindi hlutu nokkkurn andbyr árið 1970 þegar bandaríski stjarnfræðingurinn Vera Rubin gerði undraverða uppgötvun: Stjörnuþokurnar snúast svo hratt að ystu stjörnurnar ættu að þeytast út í geim eins og dropar í þeytivindu, ef þyngdarkrafturinn minnkaði jafn mikið og Newton og Einstein staðhæfðu.

 

Rubin ályktaði að stjörnuþokurnar væru umluktar skýi af ósýnilegu hulduefni með gríðarlegan massa sem heldur aftur af ystu stjörnunum með þyngdarkrafti sínum. 

LESTU EINNIG

Þetta hulduefni gat útskýrt snúning stjörnuþokanna og bjargað þyngdarlögmálinu sem stóð annars ógn af athugunum Rubins.

 

Frá þessum tíma hefur hulduefnið verið einn grunnþáttur í nánast öllum stjarnfræðilegum athugunum.

 

Þar til núna. 


Uppreisnarmenn ögra risum

Nokkrir stjarnfræðingar voru frá upphafi gagnrýnir á kenninguna um hulduefnið. Þess í stað telja þeir að stjörnuþokurnar geti einungis innihaldið þær lýsandi stjörnur og gas sem við getum greint með sjónaukum. 

 

Framarlega í flokki í gagnrýni á hulduefni var ísraelski stjarneðlisfræðingurinn Mordehai Milgrom. Árið 1983 gerði hann nokkuð sem nánast enginn stjarnfræðingur hafði vogað sér: Hann leiðrétti þyngdarlögmál Newtons. 

 

Afleiðingin af því var kenning sem kölluð er mond (Modified Newtonian Dynamics). Samkvæmt mond gildir lögmál Newtons áfram í litlum kosmískum skala, t.d. í sólkerfinu en ekki yfir fjarlægðir sem nema tugþúsundum ljósára. 

 

Kenning þessi myndi valda miklum usla í heimsfræðinni, enda varðar hún sjálfan þyngdarkraftinn.

Ísraelski stjarneðlisfræðingurinn Mordehai Milgrom setti árið 1983 fram annan valkost við þyngdarlögmál Isaac Newtons og síðan hefur hann reynt að styrkja sína umdeildu kenningu.

Í upphafi voru fáir áhangendur mond en nú virðist áhuginn fara vaxandi meðal fræðimanna. Þetta stafar af því að eðlisfræðingar hafa um áratuga skeið leitað eftir hulduefni í háþróuðum skynjurum neðanjarðar og eins reynt að framleiða það í heimsins stærsta öreindahraðli, LHC – án árangurs.

 

Þannig er ekki til nein haldbær sönnun um að hulduefni sé yfir höfuð til. 


Stjörnuklasar gegna ekki Newton

Geimsjónaukanum Gaja var skotið á loft árið 2013 og hefur hann síðan verið að kortleggja um tvo milljarða stjarna í Vetrarbrautinni.

 

Athuganir Gaju á fimm ungum stjörnuklösum í nágrenni sólar innihalda hins vegar veigamestu rökin gegn Newton og fyrir mond.

 

Stjörnuklasarnir eru í um 28.000 ljósára fjarlægð frá miðju Vetrarbrautarinnar. Fjarlægðin er nógu mikil til að afhjúpa hvort hreyfingar stjarnanna fylgi klassísku þyngdarlögmáli Newtons eða hvort mond-kenningin eigi betur við. 

Gaja-geimsjónaukinn er á braut í 1,5 milljón kílómetra fjarlægð frá jörðu á svokölluðu L2-lagrange punkti, þar sem sporbrautin verður hvað síst fyrir utanaðkomandi truflunum.

Gaja sýnir tog stjörnuklasa

Geimsjónaukinn Gaja er núna stöðugt að fylgjast með fari um tveggja milljarða stjarna í Vetrarbrautinni.

 

Gaja mælir einnig bylgjulengdirnar á skini stjarnanna sem geta afhjúpað efnasamsetningu þeirra. Þannig getur Gaja kortlagt hvaða stjörnur hafa fæðst í sömu stjörnuklösum. 

 

Þyngdarkrafturinn frá miðju stjörnuþokanna teygir stjörnuklasana á óratíma í aflangt form. Mótun stjörnuklasanna ræðst af styrk þyngdarkraftsins í Vetrarbrautinni og snúningi hennar. 

 

Nýjar athuganir á stjörnuklösum frá Gaju passa ekki fyllilega við þyngdarlögmál Newtons og því ræða stjarnfræðingar um heim allan hvaða afleiðingar það gæti haft í för með sér. 

Í stjörnuklasa fæðast um þúsund stjörnur nánast samtímis í risastóru gasskýi. Í byrjun eru klasarnir kúlulaga en eftir því sem þeir hreyfast með snúningi stjörnuþokunnar teygist á klösunum vegna þyngdarkraftsins frá stjörnum í miðju stjörnuþokunnar. 

 

Stjörnuklasi verður teygður þannig að nokkrar stjörnur geta rofið sig frá klasanum fyrir framan hann á meðan aðrar stjörnur enda fyrir aftan klasann. Samkvæmt þyngdarlögmáli Newtons og Einsteins ættu stjörnuhóparnir tveir að vera jafn stórir en samkvæmt athugunum Gaju eru fleiri stjörnur fyrir framan klasann en færri á eftir í þessum fimm hópum.

Nýtt þyngdarlögmál þurrkar út hulduefni

Í um hálfa öld hafa heimsfræðingar talið að gríðarlegur ósýnilegur massi haldi stjörnuþokunum saman. En annars konar kenning um þyngdarkraftinn úthýsir í raun hulduefni. Nýjar athuganir á fimm stjörnuklösum í Vetrarbrautinni styrkja þá túlkun. 

1. Viðtekin kenning krefst hulduefnis 

Stjörnuþokurnar snúast svo hratt (hvít ör) að ystu stjörnurnar ættu að þeytast út í geim. Heimsfræði nútímans leysir þann vanda með því að gera ráð fyrir að stjörnuþokan sé umlukin risavöxnu skýi af þungu hulduefni (svört ör) sem heldur stjörnunum föstum á brautum sínum. 

2. Lausþyrping skiptist í sundur 

Snúningur Vetrarbrautar teygir á Regnstirnis-lausþyrpingunni. Samkvæmt Newton ættu að vera jafn margar stjörnur fyrir framan (t.h.) og fyrir aftan (t.v.) miðju klasans. En flestar eru fyrir framan sem önnur þyngdarkenning spáir fyrir um. 

3. Stjörnur gegna annarri kenningu 

Samkvæmt Mond-kenningunni verður aðdrátturinn töluvert minni yfir miklar fjarlægðir heldur en Newton taldi. Því geta stjörnurnar haldist fastar á sínum stað, þrátt fyrir snúning stjörnuþokunnar fyrir verkan þyngdarkrafts frá sýnilegum massa og því án „aðstoðar“ frá hulduefni. 

Athuganir Gaju passa vel við mond-kenninguna sem segir fyrir um að þyngdaraflið minnki meira yfir miklar fjarlægðir en Newton og Einstein litu á sem sjálfsannað. 

 

Öflugur þyngdarkrafturinn frá miðju Vetrarbrautarinnar togar fleiri stjörnur út í gegnum fordyri í klasanum en hamlar flutningi þeirra út úr bakdyrunum.

 

Nú vill hópur vísindamanna sem vinnur í þessum athugunum Gaju kanna fleiri stjörnuklasa með geimsjónaukanum til að ráða í hvort þeir allir hagi sér eins og umdeilda kenningin segir fyrir um.

 

Það er stjarneðlisfræðingurinn Pawel Grupa við Karls-háskólann í Prag sem leiðir þennan hóp vísindamanna. 

 

Ef þessi verður raunin getur nýja kenningin sent Newton á ruslahaugana og veitt hulduefninu náðarhöggið. Það sama má segja um heimsfræði nútímans.

 

Rétt eins og Pawel Grupa sagði í viðtali við New Scientist þegar þessar athyglisverðu niðurstöður rannsóknarteymis hans voru opinberaðar: „Ef mond-kenningin er rétt eru allir útreikningar um stjörnuþokur rangir. Þá þurfum við að spóla aftur til baka og finna upp heimsfræðina frá byrjun.“

HÖFUNDUR: ROLF HAUGAARD NIELSEN

Shutterstock,© Weizmann Institute of Science,© D. Ducros/ESA,© Ken Ikeda Madsen & NASA,

Maðurinn

Valda börn hraðari öldrun foreldranna?

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

Menning og saga

Frjálslyndar konur Egyptalands hneyksluðu alla

Menning og saga

Frjálslyndar konur Egyptalands hneyksluðu alla

Lifandi Saga

Grimmsævintýri: Bönnuð börnum

Heilsa

Blóðflokkur þinn kann að hafa áhrif á hvort þú færð heilablóðfall snemma á lífsleiðinni

Lifandi Saga

Víkingarnir voru kynþokkafullir kvennabósar

NÝJASTA NÝTT

Lifandi Saga

Humar var hundafæða

Heilsa

Vísindamenn finna óvænt samband milli tannholdsbólgu og tiltekins sjúkdóms

Náttúran

Hvernig er móteitur gert?

Læknisfræði

Pasteur bjargaði heiminum frá hundaæði

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

Lifandi Saga

Hver lagði eld að Róm?

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

Alheimurinn

Er jörðin kúla?

Maðurinn

Táningar eru forritaðir til að hætta að hlusta á það sem mamma segir

Tækni

Einvígi: Hvort krefst minni orku –einfalt uppvask eða uppþvottavél?

Lifandi Saga

Humar var hundafæða

Heilsa

Vísindamenn finna óvænt samband milli tannholdsbólgu og tiltekins sjúkdóms

Náttúran

Hvernig er móteitur gert?

Læknisfræði

Pasteur bjargaði heiminum frá hundaæði

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

Lifandi Saga

Hver lagði eld að Róm?

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

Alheimurinn

Er jörðin kúla?

Maðurinn

Táningar eru forritaðir til að hætta að hlusta á það sem mamma segir

Tækni

Einvígi: Hvort krefst minni orku –einfalt uppvask eða uppþvottavél?

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Maðurinn

Svona mikið vatn ættir þú að drekka á dag

Maðurinn

Svona mikið vatn ættir þú að drekka á dag

Náttúran

Fólk fer oft ekki rétt að köttunum sínum

Náttúran

Fólk fer oft ekki rétt að köttunum sínum

Maðurinn

Af hverju borðum við ekki gras?

Náttúran

Af hverju velta hundar sér í blautu rusli?

Maðurinn

Hversu margt tónlistarfólk þjáist af heyrnarskerðingu?

Læknisfræði

Hvenær byrjuðu læknar að nota eter?

Vinsælast

1

Heilsa

Blóðflokkur þinn kann að hafa áhrif á hvort þú færð heilablóðfall snemma á lífsleiðinni

2

Náttúran

Fólk fer oft ekki rétt að köttunum sínum

3

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

4

Maðurinn

Svona mikið vatn ættir þú að drekka á dag

5

Maðurinn

Vísindamenn leggja fram ný gögn: Hversu skaðlegt sjónvarpsgláp getur verið fyrir börn

6

Maðurinn

Rautt ljós getur leitt af sér betri sjón

1

Heilsa

Blóðflokkur þinn kann að hafa áhrif á hvort þú færð heilablóðfall snemma á lífsleiðinni

2

Maðurinn

Af hverju var Elísabet drottning grafin í blýkistu?

3

Maðurinn

Vísindamenn leggja fram ný gögn: Hversu skaðlegt sjónvarpsgláp getur verið fyrir börn

4

Maðurinn

Rautt ljós getur leitt af sér betri sjón

5

Lifandi Saga

Áður en til fangelsisrefsingar kom hljóðaði dómurinn upp á: Kvalir og niðurlægingu

6

Maðurinn

Af hverju eru karlar líkamlega sterkari en konur?

Lifandi Saga

Frelsisstyttan átti að hrópa til borgaranna

Lifandi Saga

Ótrúlegur dagur í flugstjórnarklefanum: Flugmaðurinn sogaðist út um gluggann

Maðurinn

Mannfólkið hefur kysst í 4.500 ár

Lifandi Saga

Hvaða land hefur oftast farið í stríð?

Maðurinn

Þarmabakteríurnar  lækka líkamshitann

Heilsa

Lífsnauðsynlegt næringarefni sem lítið er vitað um

Maðurinn

Krullað hár kælir höfuðið

Tækni

Hvernig virkar C14-greining?

Tækni

Framtíðin séð í baksýnisspegli 

Menning og saga

Ólíkar þjóðir í Evrópu á ísöld

Náttúran

Hunangsfluguna skortir flugtækni

Tækni

Græna afleysingin fyrir Concorde 2025

Humar var hundafæða

Áður en humar fór að sjást á matseðlum fínna veitingahúsa flokkaðist hann undir lélegan dósamat og var jafnframt notaður sem áburður á akrana. Að því kom að skelfiskur þessi varð sjaldséður vegna ofveiða og þá ávann hann sér nýtt orðspor sem hnossgæti.

Lifandi Saga

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is