Karolina Głowacka
Ciemna materia, którą od lat bezskutecznie próbują znaleźć naukowcy, ale uznają jej istnienie za niemal pewne – najprawdopodobniej nie istnieje.
Tak przynajmniej uważa prof. Mordehai Milgrom, który od ponad 30 lat promuje swoją alternatywną propozycję: MOND. Wyniki nowych badań dają Milgromowi mocny argument, chociaż on sam nie jest nimi zaskoczony.
Potwierdzają to, co przewidziałem w pierwszej pracy o MOND-zie, jeszcze w 1983 roku – komentuje prof. Mordehai Milgrom specjalnie dla Crazy Nauki.
Ale zanim o oryginalnej koncepcji Milgroma, przypomnijmy, dlaczego w ogóle astrofizycy uważają, że istnieje coś, czego nigdy nie zarejestrowaliśmy.
Postulat istnienia ciemnej materii jest wynikiem „dziwnego” zachowania gwiazd w galaktykach i galaktyk w gromadach. Pierwszy był Fritz Zwicky, ekscentryczny astronom, który w latach 30. XX w. obserwował gromadę galaktyk Warkocz Bereniki. Zauważył, że galaktyki pędziły szybciej niż wynosiła prędkość ucieczki z gromady, powinny więc z niej wypaść. Ale nie robiły tego, gromada miała się świetnie.
Prędkość ucieczki oblicza się na podstawie masy. Skoro galaktyki poruszały się szybciej niż prędkość ucieczki obliczona na podstawie widzialnej masy, ale pozostawały w gromadzie, Zwicky uznał, że musi być jeszcze jakaś dodatkowa materia, niewidoczna, która sprawia, że prawdziwa masa jest większa. Dodatkowa, niewidoczna… ciemna materia.
Sprawa nie była zbyt szeroko komentowana. Na poważnie wróciła dopiero dzięki obserwacjom Very Rubin z lat 70. i 80. XX wieku. Zwicky obserwował gromadę galaktyk, a Rubin badała prędkości gwiazd w galaktykach spiralnych (np. Droga Mleczna jest taką galaktyką).
Ruch w takich galaktykach powinien wyglądać tak: im dalej od centrum, tym większa jest prędkość obracających się wokół niego gwiazd, ale na obrzeżach, daleko od centrum – tam, gdzie jest mniej masy – ta prędkość powinna spadać. A tu niespodzianka! Rubin zorientowała się, że gwiazdy znajdujące się na obrzeżach obracającej się galaktyki spiralnej poruszają się szybciej niż wynikałoby to z praw Keplera (a szerzej, praw Newtona). Wniosek taki sam jak u Zwicky’ego: tam musi być coś dodatkowego.
Zaczęły się poszukiwania. Myślano początkowo, że to może materia zwyczajna (w znaczeniu: taka z jakiej jesteśmy zbudowani), tyle że nie świecąca. Kiedy ta koncepcja upadła, konstruowano kolejne pomysły czym ta ciemna – egzotyczna – materia mogłaby być i jak ją znaleźć. Do tej pory bez sukcesów. Mimo to uważa się, że galaktyki są osadzone w halo z ciemnej materii.
Ktoś pomyślał inaczej
I tu pora na przestawienie Mordehaia Milgroma. Milgrom, już w latach 80. pomyślał inaczej: to nie jest kwestia dodatkowej, nierejestrowalnej dla nas materii, nie szukajmy jej. Zastanówmy się nad prawami fizyki. Wiemy, że prawa Newtona świetnie opisują działanie układów planetarnych, rozumował, ale może w przypadku olbrzymich odległości – działają odrobinę inaczej? I doszedł do wniosku, że tak, a istotną w tym kontekście zmienną jest przyspieszenie.
Na peryferiach galaktyk przyspieszenia są bardzo, bardzo małe. Milgrom uznał, że istnieje krytyczna wartość przyspieszenia, poniżej której prawa ruchu się zmieniają. Słowem, zaproponował ni mniej ni więcej, a modyfikację praw Newtona. I stąd jego MOND – Modified Newtonian Dynamics (Zmodyfikowana dynamika newtonowska). Zdaniem astrofizyka to krytyczne niskie przyspieszenie to 10-10 m/s2. I cóż, tak, MOND jest skuteczny dla opisywania ruchu gwiazd w galaktykach, ale… moment… modyfikować, zmieniać Newtona? To bardzo, bardzo poważna sprawa.
Nowa praca – jest zależność
W maju tego roku w Physical Review Letters pojawiła się nowa praca na temat prędkości kątowych gwiazdy w galaktykach (czyli prędkości poruszania się po orbicie).
Stacy McGaugh, Federico Lelli i James Schombert zmierzyli przyspieszenie grawitacyjne gwiazd w 153 galaktykach. Odkryli, że między przyspieszeniem a widzialną materią jest zależność: przyspieszenie może być wyrażone jako względnie prosta funkcja widzialnej materii w galaktykach. To coś, co nie mieści się w modelach zakładających ciemną materię!
McGaugh powiedział physicsworld.com, że jego zespół był „zdumiony tym, co zobaczył, kiedy Lelli przedstawił dane”. Tymczasem Milgrom nie jest ani trochę zdumiony, natomiast jest przekonany, że McGaugh z zespołem po prostu testowali przewidywania MOND-u przedstawione w pierwszej publikacji jeszcze w 1983 roku. Mimo że się do niej nie odnoszą.
Nie przyznają, że tak jest i udają, że odkryli coś nowego, a może nawet niespodziewanego – mówi dla Crazy Nauki prof. Mordehai Milgrom. – Ich rezultat jest bardzo ważny w tym sensie, że świetnie udoskonala wcześniejsze analizy tej relacji [przyspieszenie-widzialna materia – KG]. Ona nie może być wyjaśniona ciemną materią. Myślę, że to jest wielki triumf MOND. Zgadza się całkowicie z przewidywaniami dokonanymi 30 lat temu.
Ciemna materia niezbędna (?)
Czy przyjęcie MONDu oznaczałoby rezygnację z ciemnej materii? To by było trzęsienie ziemi. Ciemna materia jest głęboko wpisana w model Wszechświata, ma stanowić aż 26,8% jego masy/energii. Nie da się po prostu jej „wyjąć” i udawać, że reszta jest w porządku. MOND nie daje na to odpowiedzi, nie radzi sobie w skali Wszechświata – co zresztą jest jednym z kluczowych zarzutów wobec niego.
Stacy McGaugh mówi, że stara się być otwarty, podkreśla, że egzotyczne formy ciemnej materii, np. nadciekła ciemna materia, nadal może być spójna z danymi zebranymi przez jego zespół. On sam jest ostrożny i „stawia czerwoną linię” pomiędzy teorią a danymi.
Co na to Milgrom?
MOND nie wyklucza ciemnej materii w skali kosmologicznej. Są osoby, które sugerują, żeby połączyć MOND dla małych skal [w tym sensie skali galaktycznej – KG] z istnieniem ciemnej materii dla skal dużych. Ja wolę purystyczne spojrzenie: jeśli MOND bez ciemnej materii wyjaśnia anomalie na małych skalach, jakaś jego generalizacja wyjaśni wszystkie anomalie związane z masą w całym Wszechświecie – komentuje dla Crazy Nauki.
Przyznaje, że intensywnie pracuje nad wersją MOND-u, która wyjaśnia także „ciemną energię”.
Milgrom jak Kopernik?
MOND jest bardzo kontrowersyjną propozycją, przez lata nawet niechętnie dyskutowaną. A dzisiaj?
Totalna niechęć do dyskusji o MOND-zie jest teraz raczej skrajnością, a jeśli występuje, pokazuje tylko czyjąś kompletną ignorancję – mówi bez ogródek Milgrom. – Nie ma absolutnie żadnej naukowej podstawy do takiej niechęci. Oczywiście nadal jest duża opozycja w środowisku, ale na podstawie rosnącej liczby zaproszeń na seminaria dla tych, którzy wspierają MOND, mogę powiedzieć, że stopniowo wzrasta chęć do słuchania.
Astrofizyk sięga też do historii nauki:
Kiedy nowy naukowy paradygmat zastępuje stary, jest okres, w którym istnieją one jednocześnie, po to, żeby połączyć korzyści z obu. Ale takie małżeństwa zawsze są sztuczne i niezmiennie okazują się błędne. Na przykład w XVI i XVII w. był pośredni paradygmat miedzy ptolemejskim a kopernikańskim systemem. Chciano w ten sposób uznać, że planety kręcą się wokół Słońca, ale jednocześnie uważano, że Słońce razem z pozostałymi planetami nadal obraca się wokół Ziemi. To wciąż utrzymywało Ziemię w centrum Wszechświata, ale dawało benefity z systemu kopernikańskiego – porównuje Milgrom.