Tamna tvar, hipotetički oblik materije, već dugo zbunjuje znanstvenike svojim gravitacijskim efektima koji se ne mogu objasniti općom relativnošću bez dodatne, nevidljive materije u svemiru. Ova misteriozna komponenta svemira prvi put je predložena prije gotovo stoljeće, 1932. godine, kada je nizozemski astronom Jan Oort pokušao objasniti nedostajuću masu potrebnu za formiranje galaksija.
Međutim, dr. Richard Lieu sa Sveučilišta Alabama u Huntsvilleu (UAH) sada je objavio rad u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society koji, po prvi put, pokazuje kako gravitacija može postojati bez mase, nudeći alternativu koja bi mogla smanjiti potrebu za tamnom tvari.
Izazov statusu quo
“Moja inspiracija proizašla je iz potrage za drugim rješenjem jednadžbi gravitacijskog polja opće relativnosti – pojednostavljena verzija koja se primjenjuje na uvjete u galaksijama i skupovima galaksija poznata je kao Poissonova jednadžba – koja daje konačnu gravitacijsku silu u odsutnosti bilo koje detektabilne mase,” objašnjava Lieu, ugledni profesor fizike i astronomije na UAH, dijelu Sveučilišnog sustava Alabame. “Ovaj pothvat je potaknut mojom frustracijom prema statusu quo, posebice prema pojmu postojanja tamne tvari unatoč nedostatku bilo kakvog izravnog dokaza kroz cijelo stoljeće,” dodaje Lieu.
Dr. Lieu tvrdi da bi gravitacija potrebna za vezanje galaksija ili skupova galaksija mogla biti uzrokovana koncentričnim slojevima topoloških defekata. Ove strukture, koje se često nalaze diljem svemira, najvjerojatnije su nastale tijekom ranog svemira kada je došlo do faznog prijelaza. Kozmološki fazni prijelaz je fizički proces tijekom kojeg se opće stanje materije mijenja diljem cijelog svemira.
“Trenutno nije jasno koji bi točan oblik faznog prijelaza u svemiru mogao dovesti do topoloških defekata ovog tipa,” priznaje Lieu. “Topološki defekti su vrlo kompaktna područja svemira s visokom gustoćom materije, obično u obliku linearnih struktura poznatih kao kozmičke strune, iako su moguće i 2D strukture poput sfernih slojeva.”
Gravitacija bez mase
“Slojevi koje predlažem sastoje se od tankog unutarnjeg sloja pozitivne mase i tankog vanjskog sloja negativne mase; ukupna masa oba sloja – koju je jedinu moguće izmjeriti – je točno nula. No, kada zvijezda leži na ovom sloju, doživljava veliku gravitacijsku silu koja je vuče prema središtu sloja,” objašnjava Lieu.
Gravitacijska sila uključuje savijanje prostora-vremena, omogućujući svim objektima međusobnu interakciju, bez obzira na masu. Na primjer, potvrđeno je da bezmaseni fotoni doživljavaju gravitacijske efekte od astronomskih objekata.
“Gravitacijsko savijanje svjetlosti od strane skupa koncentričnih singularnih slojeva koji čine galaksiju ili skup je zbog skretanja svjetlosnih zraka prema središtu velike strukture dok prolaze kroz sloj,” pojašnjava Lieu. “Ukupni efekt prolaska kroz mnoge slojeve je konačno i mjerljivo skretanje koje oponaša prisutnost velike količine tamne tvari na isti način kao i brzina orbita zvijezda.”
Implikacije za buduća istraživanja
Pitanja za buduća istraživanja uključuju način na koji galaksije ili skupovi galaksija nastaju poravnavanjem ovih slojeva, kao i evoluciju tih struktura.
“Ovaj rad ne pokušava riješiti problem formiranja strukture. Pitanje je jesu li slojevi u početku bili ravnine ili čak ravne strune, koje kutni moment zavija. Također, kako potvrditi ili opovrgnuti predložene slojeve putem posvećenih promatranja,” zaključuje Lieu. “Naravno, dostupnost drugog rješenja, čak i ako je vrlo sugestivno, nije sama po sebi dovoljna da diskreditira hipotezu tamne tvari – to bi mogla biti zanimljiva matematička vježba. Ali, ovo je prvi dokaz da gravitacija može postojati bez mase.”
Otkrića dr. Lieua mogla bi promijeniti naše shvaćanje svemira i otvoriti vrata novim istraživanjima koja bi mogla redefinirati temeljne koncepte moderne fizike. Iako je potrebno daljnje istraživanje, ova teorija predstavlja uzbudljiv korak naprijed u našem razumijevanju gravitacije i strukture svemira.
