Grawitacja bez masy? To i ciemna materia niepotrzebna

| Astronomia/fizyka
Hassaan Here, Unsplash

Ciemna materia wciąż pozostaje dla nas tajemnicą. Nie potrafimy jej obserwować bezpośrednio, dlatego opieramy się na dowodach pośrednich, czyli na widocznym oddziaływaniu grawitacyjnym na materię widzialną. Ogólna teoria względności nie potrafi wyjaśnić tego widocznego oddziaływania w inny sposób, jak poprzez istnienie materii – a więc i masy – której nie widzimy. Na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ukazał się właśnie artykuł, którego autor twierdzi, że grawitacja może istnieć bez masy. Jeśli ma rację, oznacza to, że i ciemna materia nie jest potrzebna.

Doktor Richard Lieu z University of Alabama w Huntsville zajmował się badaniem równań różniczkowych Poissona, które wykorzystywane są podczas obliczeń dotyczących grawitacji galaktyk oraz gromad galaktyk. Poczułem się sfrustrowany istnieniem status quo, a dokładniej rzecz ujmując, przekonaniem o istnieniu ciemnej materii, mimo że od 100 lat nie przedstawiono bezpośredniego dowodu na jej obecność, mówi uczony.

Naukowiec stwierdził, że „nadmiarowa” grawitacja potrzebna do utrzymania w całości galaktyk czy gromad galaktyk pochodzi z topologicznych defektów w strukturach, które powstały we wczesnym wszechświecie podczas przejścia fazowego. Kosmologiczne przejście fazowe to proces, w którym stan materii zmienił się w całym wszechświecie.

Obecnie nie jest jasne, jaki rodzaj przejścia fazowego we wszechświecie mógł wywołać pojawienie się tego typu defektów topologicznych. Efekty topologiczne to bardzo kompaktowe regiony przestrzeni o wielkiej gęstości materii. Zwykle mają formę liniową, zwaną strunami, chociaż możliwe są też dwuwymiarowe struktury jak sfery. W moim artykule sfery takie składają się z cienkiej wewnętrznej warstwy o masie dodatniej i cienkiej zewnętrznej warstwy o masie ujemnej. Całkowita masa obu sfer wynosi dokładnie zero. Jednak gwiazda znajdująca się na takiej sferze doświadcza olbrzymiego oddziaływania grawitacyjnego skierowanego w stronę środka sfery, wyjaśnia Lieu.

Skoro zaś grawitacja zakrzywia czasoprzestrzeń, umożliwia wszystkim obiektom wchodzenie we wzajemne interakcje, niezależnie od tego, czy posiadają masę czy też nie. Na przykład udowodniono, że bezmasowe fotony doświadczają efektów grawitacyjnych obiektów astronomicznych.

Grawitacyjne zaginanie światła przez zestaw sfer składających się na galaktykę lub gromadę galaktyk wynika z faktu, że światło jest zaginane w stronę centrum sfery gdy przez nią przechodzi. Suma wszystkich skutków przejścia przez wiele sfer jest skończona i można ją zmierzyć, co daje wrażenie istnienia wielkiej ilości ciemnej materii, dodaje Lieu.

Powstaje pytanie o proces formowania się czy gromadzenia takich sfer. To jednak może stać się przedmiotem przyszłych badań. W swoim artykule nie próbuję odpowiadać na problem tworzenia się takiej struktury. Spornym elementem będzie stwierdzenie, czy te sfery były początkowo płaszczyznami, a może nawet strunami, które mogły zostać zawinięte przez moment pędu. Powstaje też pytanie, w jaki sposób obserwacyjnie potwierdzić lub odrzucić istnienie sfer, mówi uczony i dodaje, że jego praca dostarcza pierwszych dowodów na możliwość istnienia grawitacji bez masy.

Autor:

Źródło: University of Alabama in Huntsville

Grawitacja bez masy? To i ciemna materia niepotrzebna