Модифицированная теория гравитации может исключить как темную материю, так и Девятую планету

В Cолнечной системе официально находится восемь планет, но некоторые ученые говорят, что может быть и девятая. И это не только поклонники Плутона: данные свидетельствуют о том, что в темных окраинах скрывается огромный неизведанный мир. Новое исследование показало, что странности внешней части Солнечной системы можно объяснить модифицированной теорией гравитации, альтернативной теории темной материи.

В XIX веке астрономы, измерявшие орбиту Урана, заметили некоторые несоответствия между наблюдениями и предсказаниями и пришли к выводу, что на нее влияет гравитация большого невидимого тела. И действительно, в результате была открыта планета Нептун.

В 2016 году астрономы сделали аналогичное предсказание: основываясь на причудливых орбитах шести ледяных объектов в поясе Койпера, неизвестная планета массой около 10 масс Земли могла притягивать их. Дальнейшие доказательства, полученные от других объектов и даже от наклона Солнца, казалось, подтвердили эту точку зрения.

Другие ученые, однако, выдвинули альтернативные объяснения, включая гравитационное взаимодействие между планетами, далекий диск из камня и льда и даже мини-черную дыру. И теперь исследователи предложили еще более экзотическую идею – изменить саму теорию гравитации.

Это не такое фантастическое утверждение, как может показаться. Хотя закон всемирного тяготения Ньютона довольно хорошо объясняет крупномасштабную структуру и движение во Вселенной, в некоторых ситуациях он не оправдывает ожиданий.

На протяжении большей части столетия темная материя была излюбленным средством заполнения дыр, которые закон Ньютона оставляет в космологических моделях. Считается, что это загадочное вещество пронизывает Вселенную, не отражая и не излучая свет, а взаимодействует с обычной материей только благодаря гравитации.

Несмотря на широкое признание, темная материя никогда не была обнаружена напрямую, несмотря на множество экспериментов по ее поиску.

Некоторые ученые предполагают, что вместо этого нам, возможно, придется скорректировать закон гравитации Ньютона. Например, эффекты гравитации могут быть сильнее при низких ускорениях, чем описал Ньютон, что устранило бы необходимость в темной материи. Эта модель известна как модифицированная ньютоновская динамика (MOND), и доказательства, подтверждающие ее, недавно были обнаружены в звездных скоплениях и в более чем 150 галактиках.

В новом исследовании физики-теоретики применили MOND к набору данных, использованному в поисках Девятой планеты. Согласно их модели, если MOND работает, то орбиты некоторых объектов во внешней Солнечной системе должны за миллионы лет сдвинуться в соответствие с гравитационным полем галактики Млечный Путь.

И, к своему удивлению, они обнаружили, что группировка орбит этих объектов точно соответствует наблюдениям в нашей Солнечной системе.

«Согласование было поразительным», — сказал Харш Матур, соавтор исследования. «MOND действительно хорошо объясняет наблюдения галактического масштаба, но я не ожидал, что она окажет заметное влияние на внешнюю часть Солнечной системы».

Каким бы интригующим ни было исследование, команда ученых признает, что набор данных довольно мал и что существует еще множество других возможных объяснений. Тем временем охота как за темной материей, так и за Девятой планетой, будет продолжаться.

«Независимо от результата, наша работа подчеркивает потенциал внешней Солнечной системы, которая может служить лабораторией для проверки гравитации и изучения фундаментальных проблем физики», — сказала Кэтрин Браун, соавтор исследования.

Исследование было опубликовано в The Astronomical Journal.