Модифицированная ньютоновская динамика прошла экспериментальную проверку

Сотрудник Мэрилендского университета (США) Стейси Макго (Stacy McGaugh) показал, что модифицированная ньютоновская динамика (МоНД) может опережать теорию тёмной материи по точности соответствия данным наблюдений.

Сама тёмная материя, напомним, решает проблему вращения галактик. Чтобы понять её суть, достаточно взглянуть на кривую вращения обычной спиральной галактики — график, на котором показана зависимость орбитальной скорости звёзд и газа от расстояния до центра галактики. Наблюдения говорят о том, что скорость остаётся практически постоянной на очень большом интервале расстояний, а установленные физические законы требуют её уменьшения с удалением от центра; при добавлении «невидимой» массы тёмной материи всё встаёт на свои места.

МоНД предлагает совершенно иной способ решения проблемы — изменение традиционной динамики. В этой теории вводится новая константа с размерностью ускорения, а₀, и устанавливается следующее: при высоких (намного превосходящих а₀) ускорениях действует «старый» закон, а при низких — его модифицированный вариант. Другими словами, известную формулу F = m•a меняют на F = m•μ(а/а₀)•a, где множитель μ(а/а₀) принимает значение 1, если а много больше а₀, и а/а₀, если а меньше а₀. Стоит заметить, что центростремительное ускорение, необходимое для сохранения звезды на орбите, составляет лишь около 10^-10 м/с² — гораздо ниже того, что испытывают планеты, обращающиеся вокруг Солнца (для Земли, к примеру, это ускорение равно 6•10^-3 м/с²). Величина 10^-10 м/с² считается примерным значением константы а₀.

Проверить предсказания МоНД довольно легко: нужно выяснить, соответствуют ли они эмпирическому соотношению Тулли — Фишера, которое связывает барионную массу галактик и амплитуду кривых вращения. При расчёте массы звёзд в галактике, однако, появляется заметная неопределённость, и ценность общего результата снижается. Оценка массы газа получается куда более точной.

В своей работе г-н Макго постарался снизить неопределённость результатов, ограничившись 47 галактиками, в которых масса газа превышает звёздную. Как оказалось, МоНД даёт прекрасное соответствие экспериментальным данным, причём подбирать параметры здесь нет необходимости. «Чертишь линию — и экспериментальные точки попадают прямо на неё, — говорит автор. — Всё просто и понятно».

Отобранные для исследования галактики лежат над красной прямой и отличаются тем, что масса газа в них превосходит звёздную. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters.)

Соотношение Тулли — Фишера для галактик с большой массой газа и предсказание МоНД (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Напротив, в случае теории тёмной материи для воспроизведения опытных данных требуется тонкая настройка. Действительно, галактики с одинаковой массой тёмной материи могут иметь разные звёздные массы, и ожидать чёткого соответствия было бы наивно.

Разумеется, у МоНД есть свои проблемы, и в некоторых областях она уступает тёмной материи. «Я думаю, вопрос о том, работает МоНД или нет, не так уж и важен, — комментирует астрофизик Джерри Селлвуд (Jerry Sellwood) из Университета Ратджерса. — Важнее было показать, что теория холодной тёмной материи далека от идеала».

Полная версия отчёта будет опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам ScienceNOW.