Международная группа физиков сделала загадочное открытие, которое бросает вызов классическому закону гравитации Ньютона и согласуется с альтернативной теорией, называемой Динамикой Милгрома (MOND). Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), препринт статьи доступен в репозитории arXiv.
Были изучены рассеянные звездные скопления, которые имеют так называемые «приливные хвосты» — протяженные группы звезд, которые находятся за пределами скопления. Хвосты образуются из-за рассеивания скопления в результате взаимодействия с галактической средой и из-за расширения родительского газового облака в результате процессов, происходящих внутри скопления (например, звездные ветры или вспышки сверхновых). Один из хвостов является ведущим, а другой — задний — направлен в противоположную сторону и тянется за скоплением.
Разные модели гравитации, оценивающие взаимодействие звезд внутри скопления и самого скопления с окружающей галактической средой, по-разному предсказывают асимметрию приливных хвостов. Согласно ньютоновской гравитации, хвосты должны быть симметричными. Астрономы обнаружили, что в пяти рассеянных скоплениях ведущие хвосты в пределах 50 парсек от центра содержат заметно больше звезд, чем задние, что соответствует предсказанию теории MOND.
MOND в отличие от классической теории гравитации Эйнштейна не требует присутствия темной материи, чтобы объяснить наблюдаемую зависимость скорости движения вещества в галактике от расстояния до ядра. Известно, что внешние области галактик вращаются быстрее, чем это можно ожидать из ньютоновской динамики видимого (барионного) вещества, составляющего звезды, планеты и газопылевые облака. Отсюда в рамках классической теории следует вывод, что в галактике должна присутствовать некая скрытая масса или темная материя. Но в 1983 году израильский физик Мордехай Милгром (Mordehai Milgrom) предложил внести поправки в ньютоновскую теорию гравитации, согласно которым получалось, что скорость звезд на круговых орбитах не зависит от их удаленности от центра галактики.
Асимметрия приливных скоплений является причиной значительного сокращения срока жизни рассеянных скоплений. Неравномерный выброс вещества из скопления приводит к тому, что скопления примерно через 200 миллионов лет после рождения начинает вращаться вокруг центра галактики по все более вытянутой орбите, одновременно раскручиваясь в сторону, противоположную направлению орбитального вращения. С увеличением эксцентриситета орбиты скопление все быстрее рассеивается.
В заключении авторы работы предлагают ряд более прямых способов выявить отклонения от ньютоновской динамики, например, в том числе наблюдение большого числа двойных звездных систем, отслеживание орбитального движения Проксимы Центавра с помощью высокоточной астрометрии и использование группы малых космических аппаратов для составления карты гравитационного поля, окружающего Солнце.