牛顿的万有引力定律是否错误：研究人员的观察之谜

这一发现不能用经典假设来解释。

一个国际天体物理学家团队在分析一些星团时发现了一个令人费解的发现。 研究人员在他们的出版物中写道，这一发现违反了牛顿的万有引力定律。 相反，这些观察结果与另一种引力理论的预测一致。 然而，这在专家中是有争议的。 该结果现已发表在《皇家天文学会月报》上。 波恩大学在这项研究中发挥了重要作用。

在他们的工作中，研究人员调查了所谓的疏散星团，即在螺旋星系和不规则星系中发现的由几十到几百颗恒星组成的不相连的星团。 当数千颗恒星在短时间内在巨大的气体云中诞生时，就会形成疏散星团。 当它“点燃”时，来自银河系的新成员会吹散气体云的残余物。 在此过程中，质量显着扩大。 这会形成数十到数千颗恒星的松散结构。 质量是由相互作用的微弱引力保持在一起的。

“在大多数情况下，疏散星团在融化之前只存在几亿年，”波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的 Pavel Krupa 教授解释说。 在此过程中，恒星会定期丢失，并在所谓的“潮尾”中累积。 当它穿过空间时，其中一条尾巴被拉到块后面。 反过来，另一个像矛头一样带头。

波恩大学亥姆霍兹辐射与核物理研究所的 Pavel Krupa 教授。 图片来源：Volker Lanert/波恩大学

亥姆霍兹辐射与核物理研究所的 Jan Pvalam-Altenberg 博士解释说：“根据牛顿的万有引力定律，哪条尾巴最终会出现在失踪的恒星中是一个偶然的问题。” “所以两端应该包含大约相同数量的恒星。然而，在我们的工作中，我们第一次能够证明这不是真的：在我们研究的群体中，前尾总是包含更多接近质量的恒星比后尾”。

一种计算恒星的新方法被开发出来

在接近质量的数百万颗恒星中，几乎不可能确定哪些属于它们的尾巴——直到现在。 “要做到这一点，你必须查看每个物体的运动速度和方向以及年龄，”Teresa Yarabkova 博士解释说。 研究合著者在 Kroupa 小组获得博士学位，最近从 欧洲航天局 (ESA) 位于加兴的欧洲南方天文台。 她开发了一种方法，使她第一次能够准确地数出尾巴上的星星。 “到目前为止，我们附近已经调查了五个疏散星团，其中四个是我们自己调查的，”她说。 “当我们分析所有数据时，我们遇到了与当前理论的矛盾。高度准确的调查数据来自 欧洲航天局的盖亚任务 为此不可或缺。”

在 Hyades 星团（顶部）中，前部潮汐尾的恒星数量（黑色）远大于后部。 在使用 MOND（下图）进行的计算机模拟中，出现了类似的图片。 图片来源：AG Kroupa / Uni Bonn

相比之下，观测数据更符合简而言之的理论 蒙德 （“修正牛顿动力学”）在专家中。 “简单地说，根据 MOND 的说法，明星可以通过两个不同的门离开一个群体，”Kroupa 解释道。 “一个通向尾潮，另一个通向前方。然而，第一个比第二个窄得多——所以恒星不太可能通过它留下质量。另一方面，牛顿的引力理论预测，两者门应该是相同的宽度”。

星团的寿命比牛顿定律预测的要短

天体物理学家团队根据 MOND 计算了预期的恒星分布。 “结果与观察结果惊人地一致，”Ingo Thies 博士强调说，他在相应的模拟中发挥了关键作用。 然而，我们不得不求助于相对简单的算术方法来做到这一点。 “我们目前缺乏对修正牛顿动力学进行更详细分析的数学工具。”然而，另一方面，模拟也与观测结果相吻合：他们预测了常开星团应该保持多长时间。这个时间段比预期的要短得多。 “这解释了一个长期为人所知的谜团，”克鲁帕指出，“具体来说，附近星系中的星团似乎消失得比它们应该的要快。”

然而，MOND 理论在专家中并非没有争议。 由于牛顿的万有引力定律在某些条件下无效，但必须加以修改，这也将对物理学的其他领域产生深远的影响。 “话又说回来，它解决了当今宇宙学面临的许多问题，”Kroupa 解释说，他也是波恩大学建模和物质跨学科研究领域的成员。 天体物理学家现在正在探索新的数学方法以进行更准确的模拟。 然后可以使用它们来找到更多关于 MOND 定理是否正确的证据。

参考：“疏散星团的不对称潮汐尾：穿越布拉赫星团的恒星无视牛顿引力”，Pavel Karpa、Teresa Yarabkova、Ingo Theis、Jan Pvalam-Altenberg、Benoit Famy、Henry MJ Boffin、Jörg Dabringhausen、Giacomo Beccari、Timo Beccari , Christian Boyle, Hossein Hajji, Zuven Wu, Jaroslav Hass, Akram Hosni Zunuzzi, Guillaume Thomas, Ladislav Uber 和 J Arsith 大使，2022 年 10 月 26 日， 皇家天文学会月报.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

除波恩大学外，该研究还包括布拉格查尔斯大学、欧洲南方天文台（[{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.

The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.