Исследователь предполагает, что гравитация может существовать без массы, что смягчает необходимость в гипотетической темной материи

Темная материя — это гипотетическая форма материи, подразумеваемая гравитационными эффектами, которые невозможно объяснить с помощью общей теории относительности, если только во Вселенной не присутствует больше материи, чем можно увидеть. Она остается почти такой же загадочной, как и почти столетие назад, когда голландский астроном Ян Оорт впервые предложил ее в 1932 году, чтобы объяснить так называемую «недостающую массу», необходимую для сцепления таких объектов, как галактики.

Теперь доктор Ричард Лью из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) опубликовал работу в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, которая впервые показывает, как гравитация может существовать без массы, предоставляя альтернативную теорию, которая потенциально может смягчить необходимость в темной материи.

«Мое собственное вдохновение пришло после того, как я нашел другое решение уравнений гравитационного поля общей теории относительности — упрощенная версия которого, применимая к условиям галактик и скоплений галактик, известна как уравнение Пуассона — которое дает конечную гравитационную силу в отсутствие какой-либо обнаруживаемой массы», — говорит Лью, заслуженный профессор физики и астрономии в UAH, входящем в систему Университета Алабамы.

«Эта инициатива, в свою очередь, вызвана моим разочарованием в существующем положении вещей, а именно идеей о том, что темная материя существует, несмотря на отсутствие прямых доказательств в течение целого столетия».

Исследователь утверждает, что «избыточная» гравитация, необходимая для скрепления галактики или скопления, может быть вызвана концентрическими наборами оболочечных топологических дефектов в структурах, часто встречающихся в космосе, которые, вероятно, были созданы в ранней Вселенной, когда произошел фазовый переход. . Космологический фазовый переход — это физический процесс, при котором общее состояние материи меняется во всей Вселенной, гестренол для котов.

«В настоящее время неясно, какая именно форма фазового перехода во Вселенной может привести к топологическим дефектам такого рода», — говорит Лью.

«Топологические эффекты — это очень компактные области пространства с очень высокой плотностью материи, обычно в виде линейных структур, известных как космические струны, хотя возможны и двумерные структуры, такие как сферические оболочки.

«Оболочки в моей работе состоят из тонкого внутреннего слоя с положительной массой и тонкого внешнего слоя с отрицательной массой; общая масса обоих слоев — а это все, что можно измерить с точки зрения массы, — равна нулю, но когда звезда ложится на эту оболочку, она испытывает большую гравитационную силу, тянущую ее к центру оболочки».

Поскольку гравитационная сила по своей природе связана с искривлением самого пространства-времени, она позволяет всем объектам взаимодействовать друг с другом, независимо от того, обладают они массой или нет. Например, было подтверждено, что безмассовые фотоны испытывают гравитационное воздействие со стороны астрономических объектов.

«Гравитационное искажение света множеством концентрических оболочек, составляющих галактику или скопление, происходит потому, что луч света отклоняется немного внутрь, то есть к центру крупномасштабной структуры или множества оболочек, когда он проходит через одну оболочку», — отмечает Лью.

«Совокупный эффект прохождения через множество оболочек — это конечное и измеримое общее отклонение, которое имитирует присутствие большого количества темной материи почти так же сильно, как скорость звездных орбит.

«Отклонение света и орбитальные скорости звезд — единственные средства, с помощью которых мы можем измерить силу гравитационного поля в крупномасштабной структуре, будь то галактика или скопление галактик. В моей статье утверждается, что по крайней мере предполагаемые оболочки безмассовые. Таким образом, нет необходимости продолжать эти, казалось бы, бесконечные поиски темной материи».

Вопросы для будущих исследований, вероятно, будут сосредоточены на том, как галактика или скопление образуются в результате выравнивания этих оболочек, а также как эти структуры эволюционируют.

«Эта работа не пытается решить проблему формирования структуры. Спорный вопрос заключается в том, были ли оболочки изначально плоскостями или даже прямыми струнами, но угловой момент их искривил. Существует также вопрос о том, как подтвердить или опровергнуть предложенные оболочки. Конечно, существование второго решения, даже если оно весьма наводит на мысль, само по себе не является достаточным для дискредитации гипотезы темной материи — в лучшем случае это может быть интересным математическим упражнением», — заключает Лью.

«Но это первое доказательство того, что гравитация может существовать без массы».