ASTRONOOMIAPROFESSORI VIMKA ⟩ Lahendasin Einsteini võrrandi omal moel ja näib, et raskusjõu jaoks pole massi vajagi

Galaktikad peaksid vaadeldavate pöörlemiskiiruste juures lihtsalt laiali lendama – miski hoiab neid siiski koos ja arvatakse, et selleks on tumeaine põhjustatud raskusjõud. Foto: NASA

Newtoni omaagesed revolutsioonilised seadused, mis kirjeldavad gravitatsiooni universaalset mõju, ja Einsteini teooria, mis pakub välja aegruumi kõveruse, on mõlemad seni pidanud gravitatsiooni mateeriaga lahutamatult seotuks.

Nüüd aga pakub uus uuring välja üsna pööras idee, et gravitatsioon võib eksisteerida ka ilma massita, kõrvaldades mugavalt vajaduse ühe kõige tabamatuma aine, tumeaine, järele meie Universumis.

Tumeaine on hüpoteetiline, nähtamatu mass, mis arvatakse moodustavat 85 protsenti Universumi kogumassist. Algselt pidi see seletama galaktikate koospüsimist, kui need suurel kiirusel pöörlevad. Kuid seda pole siiski otseselt täheldatud, mis on viinud füüsikud igasuguste ulmeliste ideede väljapakkumiseni, et vältida selle tabamatu aine kasutamist praeguste teooriate lünkade täitmiseks.

Viimane panus selles vallas pärineb astrofüüsik Richard Lieu'lt Alabama ülikoolist Huntsville'is, kes on välja pakkunud, et selmet tumeaine seoks galaktikaid ja muid kehasid, võib Universum sisaldada õhukesi, kestataolisi «topoloogilisi defekte», mis tekitavad gravitatsiooni ilma aluseks oleva massita.

Lieu alustas, otsides alternatiivset lahendust Einsteini väljavõrranditele (Einstein field equations), mis seovad aegruumi kõveruse selles sisalduva aine olemasoluga.

Nagu Einstein kirjeldas oma 1915. aasta üldrelatiivsusteoorias, kõverdub aegruum Universumis oleva aine ja kiirguse energiakogumite ja voogude ümber, sõltuvalt nende energiast ja impulssidest. See energia on muidugi seotud massiga Einsteini kuulsas valemis: E=mc2.

Seega on objekti mass seotud selle energiaga, mis kõverdab aegruumi ja see aegruumi kõverus on see, mida Einstein kirjeldas gravitatsioonina, mis on pisut keerulisem kui Newtoni 17. sajandi gravitatsiooni sidumine jõuga, mis mõjub kahe massiga objekti vahel. Teisisõnu, gravitatsioon tundub olevat lahutamatult seotud massiga. Lieu väidab aga, et see pole nii.

Oma töödes asus Lieu lahendama Einsteini väljavõrrandite lihtsustatud versiooni, mis võimaldab lõplikku gravitatsioonijõudu mistahes tuvastatava massi puudumisel. Ta ütleb, et tema pingutused olid ajendatud «frustratsioonist status quo vastu, nimelt tumeaine olemasolu vastu, vaatamata otsese tõendusmaterjali puudumisele terve sajandi jooksul.»

Lieu lahendus koosneb kestataolistest topoloogilistest defektidest, mis võivad tekkida väga kompaktsetes kosmosepiirkondades, kus on väga kõrge aine tihedus.

Need kontsentriliste kestade komplektid sisaldavad õhukest positiivse massi kihti, mis on peidetud negatiivse massi välimise kihi sisse. Need kaks massi tühistavad üksteist, nii et kahe kihi kogumass on täpselt null. Kuid kui täht asub sellel kestal, kogeb ta suurt gravitatsioonijõudu, mis tõmbab seda kesta keskpunkti poole.

«Minu töö väide on, et vähemalt need kestad, mida see pakub, on massita,» ütleb Lieu. Kui need vaidlusalused ettepanekud osutuvad tõeks, «pole enam vaja jätkata seda näiliselt lõputut tumeaine otsingut,» lisab Lieu.

Järgmine küsimus on siis, kuidas võiks Lieu pakutud kestade olemasolu vaatlustega kinnitada või ümber lükata.

«Galaktikate ringide ja kestataoliste moodustiste märkamissageduse suurenemine Universumis toetab siin pakutud allikatüüpi,» kirjutab Lieu oma töös. Kuigi ta tunnistab, et tema pakutud lahendus on «suuresti soovituslik» ja ei saa üksinda ümber lükata tumeaine hüpoteesi.

«See võib olla parimal juhul huvitav matemaatiline harjutus,» lõpetab Lieu. «Aga see on esimene [matemaatiline] tõestus, et gravitatsioon võib eksisteerida ilma massita.»

Uuring on avaldatud ajakirjas Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Allikas: Sciencealert