ถ้ามันไม่ใช่เรื่องมืดที่ทำให้จักรวาล 'แรงโน้มถ่วง' เป็นพิเศษ แต่แสง?

เรามองหามานานหลายทศวรรษแล้วแต่สิ่งลึกลับยังคงตรวจไม่พบกับเครื่องมือของเรา ตอนนี้นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้สำรวจความเป็นไปได้ที่น่าสนใจ: จะเกิดอะไรขึ้นถ้าไม่ใช่เรื่องมืดที่ส่งผลกระทบต่อการหมุนของกาแล็คซี่หลังจากทั้งหมด ถ้าเป็นมวลของแสงแทนล่ะ?

ในกระดาษปี 1980 นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน Vera Rubinพิสูจน์ได้อย่างชัดเจนมีบางอย่างแปลก ๆ เกี่ยวกับกาแลคซี: ขอบล้อของพวกเขาหมุนเร็วกว่าที่ควรจะเป็น

ในขณะที่เราย้ายออกจากศูนย์กาแล็คซี่การเคลื่อนที่ของวงโคจรของดวงดาวและก๊าซในแผ่นดิสก์ควรช้าลงในทางทฤษฎีโดยการลดลงของความเร็วสัดส่วนตามระยะห่างจากศูนย์กลาง

สิ่งนี้เรียกว่าการลดลงของเคปเลอร์หรือลดเส้นโค้งการหมุนและสามารถสังเกตได้ค่อนข้างเรียบร้อยในระบบดาวเคราะห์เช่นระบบสุริยะของเราเอง แต่กาแลคซีส่วนใหญ่ไม่ได้ทำเช่นนี้-

เส้นโค้งการหมุนของพวกเขาจะยังคงแบนหรือเพิ่มขึ้นจริง ดาวฤกษ์ชั้นนอกเหล่านั้นกำลังโคจรอยู่เร็วกว่าที่ควรจะเป็นขึ้นอยู่กับผลกระทบด้านแรงโน้มถ่วงของสสารที่เราสามารถสังเกตได้

ดังนั้นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จึงตั้งสมมติฐานสสารมืด- เราไม่รู้ว่ามันคืออะไรและเราไม่สามารถตรวจจับได้โดยตรง แต่ถ้าเราเข้าใจในปัจจุบันเกี่ยวกับจักรวาลทางกายภาพ (และทั้งหมดข้อมูลที่เรารวบรวมบนปรากฏการณ์ผิด) มีบางอย่างที่ทำให้เกิดแรงโน้มถ่วงเป็นพิเศษ

แต่บางสิ่งบางอย่างอาจไม่ใช่เรื่องมืดตามทีมนักวิจัย - โดยเฉพาะนักฟิสิกส์พลาสมา Dmitri Ryutov ซึ่งเพิ่งเกษียณจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์ในแคลิฟอร์เนียและ Dmitry Budker และ Victor Flambaum ของ Johannes Gutenberg University

ในกระดาษใหม่พวกเขาวางข้อโต้แย้งว่าอนุภาคแสง (โฟตอน) อย่างน้อยบางส่วนเป็นแหล่งที่มาของปรากฏการณ์ - ทำให้เกิดผลกระทบที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วง แต่มีพฤติกรรมเหมือนกันมาก

"ผลกระทบสมมุติฐานที่เรากำลังตรวจสอบไม่ได้เป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงที่เพิ่มขึ้น"Budker กล่าว-

"โดยสมมติว่ามีมวลโฟตอนที่เล็กกว่าขีด จำกัด สูงสุดในปัจจุบันเราสามารถแสดงให้เห็นว่ามวลนี้จะเพียงพอที่จะสร้างแรงเพิ่มเติมในกาแลคซีและกองกำลังเหล่านี้จะมีขนาดใหญ่พอที่จะอธิบายเส้นโค้งการหมุนได้ข้อสรุปนี้น่าตื่นเต้นมาก"

ผลกระทบที่พวกเขาอธิบายคือ "ความดันลบ" ที่เกิดจากความเค้นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับมวลโฟตอน

เมื่อวางไว้ในบริบทของระบบคณิตศาสตร์ที่เรียกว่า maxwell-proca electrodynamics ความเค้นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้สามารถสร้างแรงศูนย์กลางเพิ่มเติมซึ่งทำหน้าที่ส่วนใหญ่บนก๊าซระหว่างดวงดาว ทีมเรียกความเครียด proca นี้และมันทำหน้าที่เหมือนแรงโน้มถ่วงมาก

ใช่แล้วมันเป็นสมมุติฐานอย่างหมดจด ณ จุดนี้ และมันก็ไม่สมบูรณ์แบบ

ในอีกด้านหนึ่งดาวอายุสั้นที่เกิดจากก๊าซ (และกลับสู่ก๊าซอย่างรวดเร็วก่อนที่จะทำวงโคจรหนึ่งวง) จะถูกรวมเข้ากับก๊าซอย่างมาก Proca เน้นการทำก๊าซจะเป็นไปตามทางอ้อมและทำหน้าที่กับดาวเหล่านี้

แต่ดาวที่มีอายุยืนยาวทำให้เกิดปัญหา ตัวอย่างเช่นดวงอาทิตย์มีอายุประมาณ 4.6 พันล้านปีและโคจรรอบศูนย์กาแล็คซี่ทุกครั้ง230 ล้านปีดังนั้นจึงมีการเปิดวงเวียน ตามการคำนวณของทีมมันควรมีวงโคจรรูปไข่สูงภายใต้ความเครียด Proca

และยังไม่ได้ ดังนั้นทฤษฎีจะต้องใช้งานเล็กน้อยเพื่อให้เข้ากันได้กับการสังเกตที่แท้จริงของจักรวาล สำหรับตอนนี้สสารมืดยังคงเป็นราชา แต่ไม่มีอันตรายและอาจเป็นสิ่งที่ดีในการมองหาคำอธิบายอื่น ๆ ด้วย

"ขณะนี้เราไม่ได้พิจารณาว่ามวลโฟตอนเป็นวิธีแก้ปัญหาการหมุนเส้นโค้ง แต่อาจเป็นส่วนหนึ่งของการแก้ปัญหา"Budker กล่าว-

"อย่างไรก็ตามเราต้องเปิดใจให้เปิดตราบเท่าที่เราไม่รู้จริง ๆ ว่าสสารมืดคืออะไร"

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารดาราศาสตร์-