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 нельзя объяснить общей теорией относительности, если во Вселенной не присутствует больше материи, чем можно увидеть. Она остается практически такой же загадочной, как и почти сто лет назад, когда голландский астроном Ян Оорт впервые предложил ее в 1932 году для объяснения так называемой «недостающей массы», необходимой для того, чтобы такие объекты, как галактики, слипались вместе.

Теперь доктор Ричард Лью из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH) опубликовал статью в журнале Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества это впервые показывает, как гравитация может существовать без массы, предоставляя альтернативную теорию, которая потенциально может смягчить потребность в темной материи.

«Мое собственное вдохновение пришло из поиска другого решения уравнений гравитационного поля общей теории относительности — упрощенная версия которого, применимая к условиям галактик и скоплений галактик, известна как уравнение Пуассона — которое дает конечную силу гравитации в отсутствие какой-либо обнаруживаемой массы», — говорит Льеу, выдающийся профессор физики и астрономии в UAH, входящей в систему Университета Алабамы.

«Эта инициатива, в свою очередь, вызвана моим разочарованием статус-кво, а именно идеей существования темной материи, несмотря на отсутствие каких-либо прямых доказательств в течение целого столетия».

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

«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 форме линейных структур, известных как космические струны, хотя возможны и двумерные структуры, такие как сферические оболочки.

«Оболочки в моей статье состоят из тонкого внутреннего слоя положительной массы и тонкого внешнего слоя отрицательной массы; общая масса обоих слоев — а это все, что можно измерить с точки зрения массы — равна точно нулю, но когда звезда лежит на этой оболочке, он испытывает большую гравитационную силу, притягивающую его к центру оболочки».

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

«Гравитационное искривление света набором концентрических единичных оболочек, составляющих галактику или скопление, происходит из-за того, что луч света слегка отклоняется внутрь, то есть к центру крупномасштабной структуры или набора оболочек, поскольку он проходит через одну оболочку», — отмечает Льеу.

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

«И отклонение света, и орбитальные скорости звезд являются единственным средством, с помощью которого можно измерить силу гравитационного поля в крупномасштабной структуре, будь то галактика или скопление галактик. Моя статья утверждает, что, по крайней мере, оболочки, которые она предполагает, не имеют массы. Тогда нет необходимости увековечивать этот, казалось бы, бесконечный поиск темной материи».

Вопросы для будущих исследований, вероятно, будут сосредоточены на том, как галактика или скопление формируется в результате выравнивания этих оболочек, а также на том, как происходит эволюция структур.

«Эта статья не пытается решить проблему структурообразования. Спорный вопрос заключается в том, были ли оболочки изначально плоскостями или даже прямыми струнами, но угловой момент их скручивает. Существует также вопрос о том, как подтвердить или опровергнуть предложенные оболочки. Конечно, наличие второго решения, даже если оно весьма наводящее на размышления, само по себе не достаточно, чтобы дискредитировать гипотезу темной материи — в лучшем случае это может быть интересным математическим упражнением», — заключает Лью.

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