Geeft Cassini de doodsteek aan MOND, de alternatieve zwaartekrachttheorie?

De vlakke rotatiecurve van het sterrenstelsel M33. Credit: Stefania.deluca

Sinds de waarnemingen van Vera Rubin en anderen in de jaren zeventig weten we dat sterrenstelsels sneller roteren dan voorspelt. Om dat te verklaren werd het idee geopperd dat er meer materie in sterrenstelsels zit dan te zien, onzichtbare of donkere materie. Met die extra materie zou de ‘vlakke rotatiecurve’ van sterrenstelsels te verklaren zijn. Maar wat nou als de theorie op grond waarvan die voorspelling gedaan is niet klopt, als Newton’s zwaartekrachttheorie niet juist is? Het was de Israëlische natuurkundige Mordehai Milgrom die dat in 1982 als eerste bedacht. Hij kwam met de theorie van de Modified Newtonian Dynamics, oftewel MOND. Volgens Milgros zou zwaartekracht zich in sterke zwaartekrachtvelden net zo gedragen als Newton’s wetten zeggen, alleen in gebieden met een zwakke zwaartekracht zou er verschil zijn.

Cassini-Huygens sonde bij Saturnus credits; ESA

Met MOND kan de zwaartekracht in sterrenstelsels uitstekend beschreven worden: de vlakke rotatiecurven zijn ook zonder donkere materie goed te beschrijven als je MOND gebruikt. Maar hoe weet je nou of het ook klopt wat de vergelijkingen van MOND zeggen? Om daar achter te komen hebben Harry Desmond en zijn collega’s gegevens geanalyseerd die door Cassini zijn verzameld, de ruimteverkenner van de NASA die jarenlang Saturnus van nabij heeft waargenomen (en die daar ook op z’n einde in gedoken is). Zoals gezegd geldt MOND vooral in gebieden met een zwakke zwaartekracht, ver van massa vandaan. Waar het daar om draait is niet zozeer de zwaartekracht als wel de lage versnelling die je daar hebt. Ver weg van massa’s zoals de zon heb je een lage versnelling. Bij een sterrenstelsels vind je de lage versnelling, waar MOND effecten zichtbaar worden, op duizenden lichtjaren van het centrum. Bij de zon is dat op ongeveer een tiende lichtjaar al meetbaar, dat is een paar duizend keer de afstand aarde-zon (AE). Saturnus staat op 10 AE van de zon, dus te dichtbij voor die effecten. Maar één van de aannames van MOND is ook dat de massa van verder verwijderde objecten meetelt, zoals van het Melkwegstelsel en zelfs van andere stelsels in het heelal (da’s het zogeheten Galactic external field effect, EFE). Tel je die massa ook mee dan zouden de MOND-effecten al meetbaar moeten zijn bij Saturnus, als kleine afwijkingen in de afstand tot de zon vergeleken met de Newtoniaanse voorspellingen.

Tussen 2004 en 2017 draaide Cassini om Saturnus en kon men heel precies uit de tijden dat het radiosignaal er over deed de aarde te bereiken berekenen hoe ver Saturnus van ons af stond. Wat blijkt uit de analyse van Desmond en zijn team: de MOND-anomalie is niet meetbaar, alles wat Saturnus qua afstand deed is precies conform Newton. Een collega van Desmond, Indranil Banik, heeft recent ook op een andere manier de theorie van MOND gefalsificeerd en wel door te kijken naar lage versnellingen in binaire systemen, hier te te lezen.

Alles is na te lezen in het vakartikel van Harry Desmond et al, On the tension between the radial acceleration relation and Solar system quadrupole in modified gravity MOND, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society(2024).

Bron: Phys.org.

Gerelateerde Astroblogs:

Gaia waarnemingen aan wijde dubbelsterren leveren bewijs voor alternatieve zwaartekrachtstheorie Enceladus bevat alle ruwe materialen voor leven Saturnus’ kleine maan Mimas – look-a-like van de Deathstar – blijkt een ondergrondse oceaan te hebben