一项新的研究报告了在低加速度极限下标准重力分解的确凿证据，这些证据来自对长周期、广泛分离的双星(天文学和天体物理学中通常称为宽双星)轨道运动的可验证分析。
由首尔世宗大学物理学和天文学教授蔡圭铉(音)进行的这项研究，使用了欧洲航天局盖亚太空望远镜在650光年(LY)范围内观测到的多达26500个宽双星。这项研究发表在2023年8月1日的《天体物理学杂志》上。
与其他研究相比，Chae的研究有一个关键的改进，他的研究集中在计算双星所经历的引力加速度，作为它们分离的函数，或者相当于轨道周期，通过对观测到的天空投影运动的蒙特卡罗投影到三维空间。
蔡教授解释说:“从一开始，我就很清楚，重力可以通过计算加速度来最直接有效地测试，因为引力场本身就是一种加速度。我最近对星系旋转曲线的研究经历使我产生了这个想法。星系盘和宽双星在轨道上有一些相似之处，尽管宽双星遵循高度细长的轨道，而星系盘中的氢气粒子遵循接近圆形的轨道。”
此外，与其他研究不同的是，Chae在基准加速下校准了隐藏嵌套内部二进制的发生率。
研究发现，当两颗恒星以低于1纳米/秒平方的加速度相互绕转时，就会开始偏离牛顿万有引力定律和爱因斯坦广义相对论的预测。
对于小于0.1纳米/秒平方的加速度，观测到的加速度比牛顿-爱因斯坦的预测高30%到40%。意义非常高，符合科学发现的5西格玛的传统标准。在距离限制为650 LY的20,000个宽双星的样本中，两个独立的加速度箱分别在同一方向上显示出超过5西格玛显著性的偏差。
因为观测到的大于10纳米/秒平方的加速度与牛顿-爱因斯坦从同一分析中得出的预测非常吻合，所以在较低的加速度下观测到的加速度提升是一个谜。有趣的是，40年前，以色列魏茨曼研究所的理论物理学家莫德海·米尔格罗姆在一个新的理论框架中提出了牛顿-爱因斯坦理论在小于1纳米/平方秒的加速度下的分解，这个理论框架被称为修正牛顿动力学(MOND)，或者现在使用的米尔格罗姆动力学。
此外，由Milgrom和已故物理学家Jacob Bekenstein提出的名为AQUAL的mond型拉格朗日引力理论正确地预测了大约1.4的升压因子。值得注意的是，正确的增压因子需要来自银河系的外场效应，这是对mond型修正引力的独特预测。因此，宽二进制数据所显示的不仅是牛顿动力学的瓦解，而且是修正引力外场效应的表现。
关于这些结果，Chae说:“似乎不可能是一个阴谋或未知的系统导致了与AQUAL一致的标准重力的这些依赖于加速度的破坏。我已经检查了在相当长的论文中所描述的所有可能的系统分类。结果是真实的。我可以预见，在未来会有更好更大的数据来证实和完善这些结果。为了透明起见，我也公布了我所有的代码，以服务任何感兴趣的研究人员。”
与星系旋转曲线不同的是，观测到的加速在原则上可以归因于牛顿-爱因斯坦标准引力中的暗物质，宽双星动力学即使存在也不会受到它的影响。根据MOND框架，标准引力在弱加速度极限下简单地失效了。
广义二元动力学在天体物理学、理论物理学和宇宙学中具有深远的意义。19世纪对水星轨道异常的观察最终导致了爱因斯坦的广义相对论。
现在，宽双星的异常需要一个新的理论将广义相对论扩展到低加速度的MOND极限。尽管牛顿的万有引力理论取得了诸多成功，广义相对论仍然是黑洞和引力波等相对论性万有引力现象所必需的。同样，尽管广义相对论取得了诸多成功，但弱加速极限下的MOND现象仍需要一个新的理论。引力的弱加速突变可能与导致量子物理学的经典电动力学的紫外线突变有一些相似之处。
大范围的双星异常对于依赖于暗物质和暗能量概念的标准引力和宇宙学来说是一场灾难。因为引力遵循MOND，星系(甚至宇宙)中大量的暗物质就不再需要了。这对蔡先生来说也是一个很大的惊喜，他像典型的科学家一样，直到几年前才“相信”暗物质。
一场新的物理学革命似乎正在进行中。米尔格罗姆说:“蔡的发现是对尖端数据进行了非常复杂的分析的结果，据我判断，他的分析非常细致和仔细。但对于这样一个意义深远的发现——它确实意义深远——我们需要独立分析的证实，最好是有更好的未来数据。”
“如果这种异常被证实是牛顿动力学的崩溃，特别是如果它确实符合MOND最直接的预测，它将对天体物理学、宇宙学和整个基础物理学产生巨大影响。”
墨西哥国立自治大学教授Xavier Hernandez在十年前首次提出了广泛的二元引力测试，他说:“令人兴奋的是，我的团队已经声称一段时间的牛顿引力偏离现在已经得到了独立的证实，而且令人印象深刻的是，这种偏离第一次被正确地识别为准确对应于一个详细的MOND模型。盖亚卫星前所未有的准确性，蔡先生使用的大量精心挑选的样本和他详细的分析，使他的结果足够可靠，可以称得上是一项发现。”
波恩大学和布拉格查尔斯大学的教授帕维尔·克鲁帕(Pavel Kroupa)也对万有引力定律得出了同样的结论。他说:“通过对宽双星的测试，以及我们对太阳附近的疏散星团的测试，现在的数据令人信服地表明，引力是米格罗米而不是牛顿。这对所有天体物理学的影响都是巨大的。”
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