Teoria gravitației emergente prezice densitatea centrală a materiei întunecate
Un cercetător de la Universitatea Sejong a folosit o nouă teorie a gravitației propusă de Erik Verlinde pentru a prezice densitatea centrală de suprafață a materiei întunecate observată în galaxii. Studiul a fost publicat în Physics of the Dark Universe pe 20 septembrie.
Încă din anii 1970, vitezele de rotație ale galaxiilor au fost considerate dovezi observaționale importante pentru existența materiei întunecate. Stelele din regiunile exterioare ale galaxiilor se mișcă mult mai rapid decât ar fi de așteptat dacă gravitația newtoniană ar fi aplicată doar materiei vizibile. În astronomia mainstream, acest fenomen este explicat prin presupunerea că galaxiile sunt înconjurate de materie întunecată invizibilă care oferă o atracție gravitațională suplimentară.
Cu toate acestea, cercetătorii au continuat să încerce să explice dinamica galactică modificând teoria gravitației în sine, în loc să invoce materia întunecată. În 1983, Mordehai Milgrom a propus că gravitația newtoniană ar putea necesita modificări în regimuri de accelerație gravitațională foarte slabă. În 2016, Verlinde a propus o nouă teorie a gravitației, cunoscută sub numele de „gravitație emergentă”, menită să explice fenomenele gravitaționale la scara galactică fără a presupune existența materiei întunecate.
Între timp, observațiile astronomice au relevat o regularitate intrigantă: chiar și printre galaxiile ale căror luminozități diferă cu un factor de aproximativ 400.000, „densitatea centrală de suprafață” a materiei întunecate — definită ca produsul dintre densitatea centrală a materiei întunecate și dimensiunea caracteristică a regiunii centrale — rămâne aproape constantă, în intervalul 90–220 M⊙/pc².
În noul studiu, Youngsub Yoon a aplicat teoria gravitației a lui Verlinde pentru a calcula densitatea centrală de suprafață care ar fi dedusă dacă s-ar presupune existența materiei întunecate, obținând o valoare de 170 M⊙/pc². Studiul folosește o relație nouă propusă de Yoon în 2024, în timp ce aborda o problemă tehnică în teoria gravitației a lui Verlinde. Spre deosebire de gravitația newtoniană, teoria lui Verlinde nu permite ca efectele gravitaționale produse de mase multiple să fie pur și simplu adunate conform principiului obișnuit de suprapunere. Yoon a propus o relație pentru a rezolva această problemă, iar în studiul de față a folosit-o pentru a calcula densitatea centrală de suprafață a materiei întunecate în galaxii.
„În studiul meu din 2024, am semnalat o problemă tehnică în teoria gravitației a lui Verlinde și am propus o relație pentru a o rezolva. Este semnificativ că, în acest studiu, relația a condus la un rezultat consistent cu valoarea observațională reală”, a declarat Yoon. „Acest studiu arată că o nouă teorie a gravitației care nu presupune materia întunecată poate explica încă o regularitate intrigantă observată în galaxii.”
Yoon a adăugat: „Profesorul Kyu-Hyun Chae de la Universitatea Sejong a raportat rezultate din observații ale stelelor binare largi care deviază de la predicțiile gravitației newtoniene în regimul de gravitație foarte slabă. Sper că acest studiu, împreună cu alte cercetări care reexaminează teoriile convenționale ale gravitației în regimul de gravitație slabă, va contribui la testarea noilor teorii ale gravitației.”
