7 ژوئن 2024 -توسط راس نلسون، دانشگاه آلاباما در هانتسویل-اعتبار: CC0 دامنه عمومی
ماده تاریک شکلی فرضی از ماده است که توسط اثرات گرانشی قابل توضیح است که نمی‌توان آن را با نسبیت عام توضیح داد، مگر اینکه ماده موجود در جهان بیش از آنچه قابل مشاهده است وجود داشته باشد. تقریباً به همان اندازه اسرارآمیز است که تقریباً یک قرن پیش، زمانی که برای اولین بار توسط ستاره شناس هلندی یان اورت در سال 1932 برای توضیح به اصطلاح “جرم گمشده” ضروری برای چیزهایی مانند کهکشان ها برای جمع شدن در کنار هم پیشنهاد شد.
اکنون دکتر ریچارد لیو از دانشگاه آلاباما در هانتسویل (UAH) مقاله ای را در ماهنامه انجمن سلطنتی نجوم منتشر کرده است که برای اولین بار نشان می دهد که چگونه گرانش می تواند بدون جرم وجود داشته باشد و یک نظریه جایگزین ارائه می دهد که به طور بالقوه می تواند وجود داشته باشد. کاهش نیاز به ماده تاریک.
لیو، استاد برجسته فیزیک و نجوم در UAH، بخشی از سیستم دانشگاه آلاباما، می گوید: در غیاب جرم قابل تشخیص ، الهام خود من از پیگیری من برای حل دیگری برای معادلات میدان گرانشی نسبیت عام نشأت گرفت – نسخه ساده شده آن، که در شرایط کهکشان ها و خوشه های کهکشانی قابل استفاده است، به عنوان معادله پواسون شناخته می شود – که یک نیروی گرانشی متناهی می دهد..
این ابتکار به نوبه خود ناشی از ناامیدی من از وضعیت موجود است، یعنی تصور وجود ماده تاریک علیرغم فقدان شواهد مستقیم برای یک قرن تمام.”
این محقق معتقد است که گرانش “اضافی” لازم برای اتصال یک کهکشان یا خوشه به یکدیگر می‌تواند به دلیل مجموعه‌های متحدالمرکز نقص توپولوژیکی پوسته‌مانند در ساختارهایی باشد که معمولاً در سراسر کیهان یافت می‌شوند و به احتمال زیاد در زمان انتقال فاز در کیهان اولیه ایجاد شده‌اند. . انتقال فاز کیهانی یک فرآیند فیزیکی است که در آن حالت کلی ماده با هم در سراسر جهان تغییر می کند.
لیو می‌گوید: «در حال حاضر مشخص نیست که چه شکل دقیقی از انتقال فاز در جهان می‌تواند منجر به چنین نقص‌های توپولوژیکی شود.اثرات توپولوژیک، مناطق بسیار فشرده فضا با چگالی ماده بسیار بالا هستند، معمولاً به شکل ساختارهای خطی معروف به رشته‌های کیهانی، اگرچه ساختارهای دوبعدی مانند پوسته‌های کروی نیز امکان‌پذیر است.
پوسته‌های مقاله من از یک لایه داخلی نازک از جرم مثبت و یک لایه بیرونی نازک از جرم منفی تشکیل شده است؛ جرم کل هر دو لایه – که تمام آن چیزی است که می‌توان اندازه‌گیری کرد، از نظر جرم – دقیقاً صفر است، اما وقتی یک ستاره روی این پوسته قرار دارد و نیروی گرانشی زیادی را تجربه می کند که آن را به سمت مرکز پوسته می کشد.
از آنجایی که نیروی گرانشی اساساً شامل تاب برداشتن خود فضا-زمان است، همه اجرام را قادر می‌سازد تا با یکدیگر تعامل داشته باشند، خواه جرم داشته باشند یا نداشته باشند. برای مثال، فوتون‌های بدون جرم، اثرات گرانشی را از اجرام نجومی تجربه می‌کنند.
خمش گرانشی نور توسط مجموعه‌ای از پوسته‌های منفرد متحدالمرکز متشکل از یک کهکشان یا خوشه به دلیل انحراف پرتوی نور به سمت داخل است – یعنی به سمت مرکز ساختار مقیاس بزرگ یا مجموعه‌ای از پوسته‌ها – همانطور که در آن وجود دارد. لیو خاطرنشان می کند که از یک پوسته عبور می کند.
“مجموع اثر کل عبور از بسیاری از پوسته‌ها یک انحراف کلی محدود و قابل اندازه‌گیری است که حضور مقدار زیادی ماده تاریک را تقریباً مشابه سرعت مدارهای ستاره‌ای تقلید می‌کند.هم انحراف نور و هم سرعت های مداری ستاره ای تنها وسیله ای است که به وسیله آن می توان قدرت میدان گرانشی را در یک ساختار در مقیاس بزرگ، چه کهکشان یا خوشه ای از کهکشان ها، اندازه گیری کرد. بحث مقاله من این است که حداقل پوسته‌هایی که آن را نشان می‌دهد بدون جرم هستند، پس نیازی به تداوم این جستجوی به ظاهر بی‌پایان برای ماده تاریک نیست.
احتمالاً سؤالات تحقیقات آتی بر چگونگی تشکیل یک کهکشان یا خوشه با هم ترازی این پوسته ها و همچنین چگونگی تکامل ساختارها متمرکز خواهد بود.
این مقاله سعی نمی‌کند مشکل شکل‌گیری ساختار را حل کند. یک نکته بحث برانگیز این است که آیا پوسته‌ها در ابتدا صفحه بودند یا حتی رشته‌های مستقیم، اما تکانه زاویه‌ای آنها را به هم می‌پیچد. همچنین این سؤال وجود دارد که چگونه پوسته‌های پیشنهادی را تأیید یا رد کنیم. با مشاهدات اختصاصی، البته، در دسترس بودن راه‌حل دوم، حتی اگر بسیار پیشنهادی باشد، به خودی خود برای بی‌اعتبار کردن فرضیه ماده تاریک کافی نیست – در بهترین حالت می‌تواند یک تمرین ریاضی جالب باشد.
