物議を醸している重力理論 MOND と暗黒物質が行方不明の惑星 9 とカイパーベルト小惑星を説明する

Fあるいは 8 年間、天文学者たちは太陽系の端にある謎の「プラネット ナイン」を探してきました。 誰もそれを見たことがありませんが、彼らは、冥王星とほとんどの準惑星の本拠地であるドーナツ状の氷の天体の領域であるカイパーベルトで見つかった小惑星間の異常な集合の観察からその存在を推定しました。

プラネット・ナインの支持者らは、これらのいわゆるカイパー・ベルト天体の軌道の異常は、隠れたプラネット・ナイン（おそらく地球の10倍もの質量を持つ氷の巨人）の重力によって引き起こされると主張している。私たちの太陽系の外側を通る非常に細長い軌道。 そして、世界中の数十のチームが捜索に参加しているにもかかわらず、地球から冥王星の最大30倍も離れた距離にあるため、何世紀にもわたる望遠鏡の観測では見逃されてきたという。 ほぼ同様に、天王星の軌道の異常が 1846 年の海王星の発見につながりました。

しかし今回、二人の研究者は、修正ニュートン力学（MOND）と呼ばれる物議を醸している重力理論が、カイパーベルト天体の奇妙な軌道を同様に簡単に説明できるという証拠を集めたと発表した。 MOND は、一般相対性理論と天体物理学者が銀河スケールの力学で観察していたものとの間の矛盾を説明する代替方法として 1980 年代に開発されました。 しかし、それ以来、科学的には劣勢なままです。

ケースウェスタンリザーブ大学の天体物理学者ハーシュ・マーサー氏は、「私たちは理論とブームを採用しました。それがすべてを説明してくれました」と語る。 「私たちはそれを微調整していません。」 マサーとその共著者であるハミルトン大学の理論物理学者キャサリン・ブラウンは、彼らの観察結果を研究論文で発表した。 天文ジャーナル。 研究者らによると、もしMONDの説が正しければ、カイパーベルト天体はプラネット・ナインではなく、天の川銀河の高密度の核に詰め込まれた数千万の恒星の重力によって引っ張られているということになる。

MOND は、重力はニュートンとアインシュタインの予測から逸脱していると提案しています。 MONDによれば、これらの偏差は銀河規模でのみ顕著となり、現在暗黒物質によるものと考えられている多くの現象を説明できるという。 MOND が正しければ、暗黒物質は存在しないことになります。

私たちは理論を採用しましたが、それがすべてを説明してくれました。

「私は『MONDを信じています』と言うつもりはまったくありません」とブラウンは言う。 しかし、「私は私たちが行った分析を信じています。そしてその分析は、MONDが仮説上の惑星ナインと同様にカイパーベルト天体の軌道を説明するのに優れていることを示しています」。

ほとんどの天文学者は、MOND よりも暗黒物質理論を好みます。 暗黒物質は、銀河や銀河団の周りに目に見えないハローを形成し、それらの間に広大なフィラメントを形成すると考えられています。 科学者らは、暗黒物質が宇宙の質量の 85 パーセント以上を占めていると計算していますが、目に見える物質は宇宙の泡にすぎません。

支持者は暗黒物質がすべての重力現象を正確に説明すると信じているが、MONDは説明していない。 暗黒物質は、銀河や銀河団による重力レンズの原因となる可能性があります。たとえば、銀河や銀河団の巨大な重力によって、より遠くにある物体からの光が曲げられ、拡大されます。 彼らは、MONDでは一部の銀河団の挙動を説明できないと主張している。 しかし、MONDの支持者らは、より良い観察や洗練された数学が矛盾を説明できる可能性があると主張しており、いずれにせよ、暗黒物質が何でできているかを特定し、それを直接検出する取り組みは何も成果を上げていない。

ブラウン氏とマーサー氏は、MONDの真実性についてまだ主張するつもりはないと述べているが、「私たちはこの事業全体に不可知論的なものとして取り組んできましたし、今後も不可知論的であり続けます」とマーサー氏は言う。 実際、彼らは自分たちの発見がMONDの反証となることを期待して出発した。 彼らはまず、MOND が正しかった場合に期待されること、つまり最も遠いカイパーベルト天体の楕円軌道が銀河の中心と一致することを計算しました。 研究者らはその後、計算結果を観察結果と比較しました。 そして観察結果が一致していることがわかりました。

「私たちはMONDで、外側のカイパーベルト天体が並ぶはずであることを発見しました。これは基本的にプラネット・ナイン仮説の合図です」とマトゥール氏は説明する。 言い換えれば、惑星ナインから来ると考えられている引力も、MONDのもとでは天の川銀河の中心にある星の引力によって説明できるということです。 しかし、方向性はプラネット ナインにとって任意であり、「彼らは必要な場所に配置しただけです」とマーサー氏は言います。 したがって、プラネット ナインは現在、太陽系の外縁のどこかの軌道上にあるか、MOND の予測が正しいかのどちらかです。

研究者らは、さらなる観測がカイパーベルト異常の原因を解明するのに役立つはずだと主張している。 「今後5年から10年にかけて、さらに多くのカイパーベルト天体が発見されるにつれて、この配列が維持され続けるかどうかを確認する必要があります」とブラウン氏は言う。 「私たちの分析ではその可能性が残されており、それが道の分かれ道の一つになると思います。」

リード画像: Vadim Sadovski / Shutterstock

• トム・メットカーフ

  投稿日: 2024 年 2 月 27 日

  Tom Metcalfe はロンドンを拠点とする科学ジャーナリストで、主に宇宙、エネルギー、考古学、地球、海洋について執筆しています。 彼は次のように書いています サイエンティフィック アメリカン、ナショナル ジオグラフィック、ライブ サイエンス、NBC ニュース、BBC ニュース、 その他。

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