mond_510

Kao što se planete Sunčevog sistema kreću po orbitama u čijem centru je Sunce, tako i zvezde orbitiraju oko galaktičkog centra. Našem Suncu je, recimo, potrebno oko 220 miliona godina da se okrene oko centra Mlečnog puta. Zvezde u disku spiralne galaksije imaju skoro kružne putanje tako da je njihova rotaciona brzina zavisna od rastojanja od centra galaksije.

Dva su efekta koja utiču na tu brzinu:

  • Prvi efekat se odnosi na distribuciju mase (opadanje gravitacione sile sa povećanjem rastojanja). Ovaj efekat je posledica gravitacije i prilično je jasan, manifestujući se u povećanju mase koja se sadrži u nekoj zvezdanoj orbiti sa povećanjem rastojanja od centra.
  • Drugi efekat je nama daleko interesantniji - on predviđa povezanost orbitalne brzine i rastojanja koja je poznata kao rotaciona kriva. Na osnovu Njutnovih zakona bilo je za očekivati da vrednost brzine rotacije kontinualno opada sa povećanjem rastojanja od centra. Međutim, astronomska posmatranja su pokazala da to nije slučaj - rotaciona kriva spiralnih galaksija je skoro ravna, što znači da postoji neki snažan uticaj koji orbitalne brzine održava konstantnim!
a30sm Članak je preuzet iz
Astronomije broj 30

Trenutno najprihvatljivije rešenje ovog problema dala je Teorija o tamnoj materiji[1]. Poslednjih godina XX veka utemeljeno je stanovište da je ključni dinamički parametar koji opisuje jednu galaksiju upravo rotaciona brzina spiralnih galaksija. Na slici 1. se može videti tipična kriva rotacije. Ovako "ravna" kriva rotacije ne može se usaglasiti ni sa jednom raspodelom gasa i zvezda koje vidimo teleskopima! Zbog toga je ovom teorijom predviđeno postojanje tamne materije u haloima koji okružuju vidljive delove galaksije. Ta tamna materija bi uslovljavala da sve zvezde rotiraju istom brzinom.

rotcurve

Problemi koji su se pojavili nakon toga bili su vezani za određivanje onoga što izgrađuje tzv. nebarionsku tamnu materiju, koja bi trebalo da reši problem nedostajuće mase u galaksijama i galaktičkim jatima. To je inspirisalo Izraelca Modehaja Milgroma da 1981. godine počne rad na novoj teoriji, a dve godine kasnije, u časopisu Astrophysical Journal i objavi rad u kojem pokušava da reši problem rotacione krive modifikovanjem II Njutnovog zakona. Teorija je zato i dobila naziv MOND (eng. Modyfied Newtonian Dynamics).

Šta MOND predviđa?

 

Osnovna ideja MOND-a sastoji se u promeni formulacije II Njutnovog zakona. Naime, za veoma male vrednosti ubrzanja (manje od f1), više ne važi jednačina f2, koju su čak i "papagaji" naučili. Možda će i oni (uz nas) morati da nauče još jednu...

Naime, teorija MOND uvodi drugačiji izraz:

f3

. Ovde je sa f4  data funkcija koja zavisi od koordinate f5. Veoma je važno istaći da se u ovoj teoriji pojavljuje nova konstanta prirode koja se obeležava sa f6  i koja ima dimenzije ubrzanja. Za vrednosti ubrzanja koja se sreću u našem svakodnevnom okruženju (mnogo veće od f6) , klasični II Njutnov zakon će i dalje važiti. Međutim, za slučaj kada je ubrzanje mnogo manje od f6, zakon kretanja se menja i sila postaje proporcionalna kvadratu ubrzanja !

Ovako revolucionarna ideja omogućila je da se dosta dobro objasni jedna od najvećih mana Teorije tamne materije - velike razlike izmerene i očekivane mase galaktičkih struktura različite veličine (od patuljastih galaksija do globularnih jata). MOND pretpostavlja pojavu znatno slabije sile, samim tim i znatno manju produkciju mase u oblastima gde su izmerena ubrzanja takva da modifikuju II Njutnov zakon.

m31_510
Kako se kreću zvezde u galaksiji? M31, snimio B. Štromar.

Pohvale i kritike

Trenutno, MOND je jedini pravi konkurent tamnoj materiji u utakmici koja će rešiti mnoge kosmološke zagonetke. Pogledajmo sada jedan kratak pregled prednosti i mana ove teorije.

Prednosti MOND teorije:

  • Uspešno objašnjava dinamiku rotacije galaktičkih sistema - na velikim rastojanjima od centra, orbitalne brzine postaju nezavisne od radijusa putanje.
  • Predviđa jednačinu koja povezuje ukupnu luminoznost i cirkularnu brzinu spiralne galaksije (poznatu kao Tali-Fišerova relacija)
  • Dosta pojednostavljuje problem izgradnje strukture na tzv.malim skalama

Nedostaci :

 

  • U nekim svojim originalnim formama, MOND ne objašnjava najbolje gravitaciona mikrosočiva. Oni predstavljaju efekat koji je direktna posledica Ajnštajnove teorije relativnosti, i koji se najviše koristi pri traganju za tamnom materijom u okolini naše Galaksije. Jedan pokušaj prevazilaženja ovog nedostatka je Bekenštajnova Te-Ve-S teorija (eng. Tensor - Vector - Scalar Gravity Theory) iz 2004. godine.
  • Mnogi naučnici smatraju da MOND ne može dobro da objašnjava nešto drugo osim galaksija (primer je nedovoljno dobro predviđanje temperature vrelog gasa u galaktičkim jatima).
  • Još jedan od razloga zbog čega se vodi velika debata oko MOND teorije jesu i mnogobrojne pohvale koje je teorija o tamnoj materiji dobila prethodnih godina, naročito zbog uspešnog predviđanja prostorne raspodele međuzvezdanog gasa koja je u skladu sa posmatranjima.

Dakle, MOND ostaje prilično konkurentna teorija - broj njenih pristalica je sve veći. Ako je Opšta teorija relativnosti tačna, a tamna materija postoji, tada i MOND prestaje da važi. Do tada ova teorija ostaje jedan odličan most koji povezuje neke od najnepristupačnijih predela u koje zadiru savremena astronomija i kosmologija.

 


[1] Tamna materija predstavlja svaki oblik materije koji se, trenutno, može pronaći jedino na osnovu svog gravitacionog uticaja na vidljivu materiju. Ona ne emituje detektibilnu svetlost (kao ni druge vrste EM -talasa), kosmičke zrake ili neutrine.

Još o teoriji MOND

29. novembra 2007. u Kolarčevoj zadužbini u Veogradu prof. Filipović sa Univerziteta Zapadni Sidnej, Australija, je održao predavanje

Big Beng VS MOND

Snimak predavanja:

 

Tonski zapis predavanja
BB VS MOND MP3, 10 731 Kb
Power Point prezentacija
BB VS MOND PPT 23 913 Kb
FOTOGRAFIJE SA PREDAVANJA.

 

Author: Darko Donevski

Dodaj komentar