Credit: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO. Acknowledgement: A. Moitinho.
Waarnemingen gedaan met de Europese Gaia ruimtetelescoop aan wijde dubbelsterren in de Melkweg laten overtuigend zien dat in gebieden met een lage zwaartekrachtsversnelling de zwaartekracht niet in overeenstemming is met de standaard-zwaartekrachtstheorie van Newton-Einstein, maar wel met een alternatieve zwaartekrachtstheorie. Het onderzoek aan de dubbelsterren is uitgevoerd door Kyu-Hyun Chae (Sejong University in Seoul) en hij gebruikte er de gegevens voor van 26.500 wijde dubbelsterren in onze buurt in de Melkweg tot een afstand van 650 lichtjaar van de zon. Gaia heeft de bewegingen van die sterren om elkaars gemeenschappelijke zwaartepunt nauwkeurig in de gaten gehouden en dat leverde veel informatie op over de versnellingen die ze ondergaan, versnellingen die het gevolg zijn van hun gravitationele interactie met elkaar. Uit het onderzoek komt naar voren dat in de gevallen dat de versnelling minder bedraagt dan 0,1 nanometer per s² de waargenomen versnelling 30 tot 40% hoger is dan hetgeen de zwaartekrachtswetten van Newton-Einstein voorspellen. En dat alles met een statistische betrouwbaarheid van meer dan 5σ, dé grens om te spreken van wetenschappelijk bewezen. Hetzelfde onderzoek laat zien dat bij hogere versnellingen (>10 nm/s²) de waargenomen versnelling wel conform Newton-Einstein is.
Schets van de banen van de wijde dubbelsterren, zoals waargenomen door Gaia. Credit: The Astrophysical Journal (2023). DOI: 10.3847/1538-4357/ace101
Het was meer dan veertig jaar geleden al dat Mordehai Milgrom (Weizmann Institute in Israel) in het kader van de door hem opgestelde modified Newtonian dynamics (MOND) zei dat de zwaartekracht bij lage versnellingen anders verloopt dan hetgeen Newton en Einstein in hun wetten zeggen. De ‘boostfactor’ van 1,4 bij de lage versnelling die Chae in de Gaia data constateert is precies hetgeen AQUAL voorspelt, da’s een MOND-variant die staat voor A Quadradic Lagrangian, die eerder ook al langs kwam op de Astroblogs. AQUAL komt tot die boostfactor 1,4 door gebruik van het zogeheten external field effect (EFE), dat er volgens MOND moet zijn en dat veroorzaakt wordt door het melkwegstelsel en andere sterrenstelsels. Het lijkt er daarmee op dat de Gaia-gegevens niet alleen laten zien dat de Newton-Einstein-wetten niet geldig zijn bij lage versnellingen, maar ook dat EFE inderdaad optreedt. De boostfactor van 1,4 kan niet verklaard worden door de aanwezigheid van donkere materie, want op de kleine schaal van wijde dubbelsterren heeft dat geen effect. Op de grotere schaal van sterrenstelsels blijft donkere materie wel nodig om de waargenomen bewegingen te verklaren (o.a. met galactische rotatiekrommen), maar er is met de nu geconstateerde ‘weak-acceleration catastrophe of gravity‘ een stuk minder donkere materie nodig.
Links een nauwe dubbelster als onderdeel van een wijde dubbelster. Rechts de gravitationele anomalie waargenomen door Chae. Credit: Kyu-Hyun Chae
Meer informatie vind je in het vakartikel van Kyu-Hyun Chae, Breakdown of the Newton–Einstein Standard Gravity at Low Acceleration in Internal Dynamics of Wide Binary Stars, The Astrophysical Journal (2023).
Bron: Phys.org + Universiteit van Sejong.
Ik heb twee vragen hierbij:
1. 0,1 nanometer per s² is wel heel erg weinig. Om een snelheid van 1 m/s te krijgen moet je dan 10 miljard seconden wachten. Hoe kan Gaia zo’n microscopisch kleine versnelling meten? Dat klinkt als sciencefiction.
2. de gemeten effecten zijn 30-40% van die 0,1 nanometer per s². Zo’n klein effect zou ook het gevolg kunnen zijn van andere krachten, zoals de zonnewind van die sterren. Kunnen ze dat uitsluiten op dit microscopisch kleine effect?
Wybren, goede vragen die je stelt! Het zijn ook vragen die Ethan Siegel zich afvraagt op zijn blog en op grond waarvan hij zegt dat we deze claim met de nodige scepsis moeten bekijken, want er zijn heel veel storende invloeden mogelijk. Zo zijn die 26.500 wijde dubbelsterren soms ook triplets, met nog een derde ster in het geding en dat levert ook weer een storende invloed op. Zie deze interessante blog voor zijn bedenkingen: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/binary-stars-prove-modified-gravity/