Apakah hukum gravitasi Newton salah: peneliti teka-teki observasi

Temuan tidak dapat dijelaskan dengan asumsi klasik.

Sebuah tim ahli astrofisika internasional telah membuat penemuan yang membingungkan saat menganalisis gugus bintang tertentu. Temuan itu menantang hukum gravitasi Newton, tulis para peneliti dalam publikasi mereka. Sebaliknya, pengamatan setuju dengan prediksi teori gravitasi alternatif. Namun, ini kontroversial di antara para ahli. Hasilnya sekarang telah diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society. University of Bonn secara signifikan terlibat dalam penelitian ini.

Dalam pekerjaan mereka, para peneliti memeriksa apa yang disebut gugus bintang terbuka, yang merupakan kelompok yang terhubung secara longgar dari puluhan hingga beberapa ratus bintang yang ditemukan di galaksi spiral dan tidak beraturan. Gugus bintang terbuka terbentuk ketika ribuan bintang lahir dalam waktu singkat di awan gas yang sangat besar. Saat “menyala”, para pendatang baru galaksi menerbangkan sisa-sisa awan gas. Cluster berkembang secara signifikan. Ini menciptakan formasi lepas dari beberapa lusin hingga beberapa ribu bintang. Gugus tersebut disatukan oleh gaya gravitasi lemah yang bekerja di antara mereka.

“Gugus bintang terbuka biasanya hanya bertahan selama beberapa ratus juta tahun sebelum mereka larut,” jelas Prof. Dr. Pavel Kroupa dari Institut Helmholtz untuk Radiasi dan Fisika Nuklir di Universitas Bonn. Mereka secara teratur kehilangan bintang, yang terakumulasi dalam dua apa yang disebut “ekor pasang surut”. Salah satu ekor ini tertinggal di belakang tumpukan saat bergerak melalui ruang angkasa. Sebaliknya, yang lain memimpin seperti ujung tombak.

Prof.Dr. Pavel Kroupa dari Institut Helmholtz untuk Radiasi dan Fisika Nuklir di Universitas Bonn. Sumber: Volker Lannert / Universitas Bonn

“Menurut hukum gravitasi Newton, secara kebetulan di mana ekor sebuah bintang yang hilang mendarat,” jelas Dr. Jan Pflamm-Altenburg dari Institut Helmholtz untuk Radiasi dan Fisika Nuklir. “Jadi, kedua ekor harus mengandung jumlah bintang yang hampir sama. Namun, dalam pekerjaan kami, kami dapat membuktikan untuk pertama kalinya bahwa ini tidak benar: dalam gugus yang kami periksa, ekor depan selalu mengandung lebih banyak bintang secara signifikan di sekitar gugus daripada ekor belakang.”

Mengembangkan metode baru untuk menghitung bintang

Di antara jutaan bintang di dekat sebuah gugus, hampir mustahil untuk menentukan bintang yang membentuk ekornya—sampai sekarang. “Anda harus melihat kecepatan, arah gerakan, dan usia masing-masing objek ini,” jelas Dr. Tereza Jerabkova. Rekan penulis makalah, yang meraih gelar PhD di grup Kroupa, baru-baru ini meninggalkan universitas Badan Antariksa Eropa (ESA) ke Observatorium Selatan Eropa di Garching. Dia mengembangkan metode yang memungkinkannya menghitung bintang di bagian ekor secara akurat untuk pertama kalinya. “Sejauh ini, lima cluster terbuka telah dipelajari di sekitar kami, termasuk empat dari kami,” katanya. “Saat kami menganalisis semua data, kami menemukan kontradiksi dengan teori saat ini. Data survei yang sangat akurat dari Misi luar angkasa Gaia ESA sangat penting untuk itu.”

Di gugus bintang Hyades (atas), jumlah bintang (hitam) di ekor pasang surut depan secara signifikan lebih besar daripada di belakang. Gambaran serupa muncul dalam simulasi komputer dengan MOND (bawah). Sumber: AG Kroupa/Uni Bonn

Data observasional, di sisi lain, jauh lebih cocok dengan teori yang mendengarkan akronim BULAN (“Dinamika Newton yang Dimodifikasi”) di antara para ahli. “Sederhananya, menurut MOND, bintang dapat meninggalkan gugus melalui dua pintu yang berbeda,” jelas Kroupa. “Satu mengarah ke ekor pasang surut, yang lain ke depan. Namun, yang pertama jauh lebih sempit daripada yang kedua – jadi bintang kecil kemungkinannya untuk keluar dari gugus melaluinya. Teori gravitasi Newton, di sisi lain, memprediksi bahwa kedua pintu harus memiliki lebar yang sama.”

Gugus bintang berumur lebih pendek dari prediksi hukum Newton

Tim astrofisikawan menghitung distribusi bintang yang diharapkan menurut MOND. “Hasilnya sangat sesuai dengan pengamatan,” tegas Dr. Ingo Thies, yang secara signifikan terlibat dalam simulasi terkait. “Namun, kami harus menggunakan metode perhitungan yang relatif sederhana. Saat ini kami kekurangan alat matematis untuk analisis lebih rinci dari dinamika Newton yang dimodifikasi.” Namun demikian, simulasi setuju dengan pengamatan dalam hal lain: mereka memperkirakan berapa lama gugus bintang terbuka biasanya bertahan. Dan periode waktu ini secara signifikan lebih pendek daripada yang diharapkan menurut hukum Newton. “Itu menjelaskan sebuah misteri yang telah diketahui sejak lama,” Kroupa menekankan. “Gugus bintang di galaksi terdekat tampaknya menghilang lebih cepat dari yang seharusnya.”

Namun, teori MOND tidak terbantahkan di antara para ahli. Karena hukum gravitasi Newton mungkin tidak berlaku, tetapi harus dimodifikasi, ini akan memiliki konsekuensi yang luas untuk bidang fisika lainnya. “Di sisi lain, ini memecahkan banyak masalah yang dihadapi kosmologi saat ini,” jelas Kroupa, yang juga anggota bidang penelitian transdisipliner “Pemodelan” dan “Materi” di Universitas Bonn. Para astrofisikawan sekarang meneliti metode matematika baru untuk simulasi yang lebih tepat. Mereka kemudian dapat digunakan untuk menemukan bukti lebih lanjut apakah teori MOND benar atau tidak.

Referensi: “Ekor pasang surut asimetris dari gugusan bintang terbuka: Bintang yang melintasi gugusnya Práh menantang gravitasi Newtonian” oleh Pavel Kroupa, Tereza Jerabkova, Ingo Thies, Jan Pflamm-Altenburg, Benoit Famaey, Henri MJ Boffin, Jörg Dabringhausen, Giacomo Beccari , Timo Prusti , Christian Boily, Hosein Haghi, Xufen Wu, Jaroslav Haas, Akram Hasani Zonoozi, Guillaume Thomas, Ladislav ubr and Sverre J Aarseth, 26 Oktober 2022, Buletin Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac2563

Selain Universitas Bonn, Universitas Charles di Praha, Observatorium Selatan Eropa ([{” attribute=””>ESO) in Garching, the Observatoire astronomique de Strasbourg, the European Space Research and Technology Centre (ESA ESTEC) in Nordwijk, the Institute for Advanced Studies in Basic Sciences (IASBS) in Zanjan (Iran), the University of Science and Technology of China, the Universidad de La Laguna in Tenerife, and the University of Cambridge.

The study was funded by the Scholarship Program of the Czech Republic, the German Academic Exchange Service (DAAD), the French funding organization Agence nationale de la recherche (ANR), and the European Research Council ERC.