二つの星が互いの周りを回ると、重力がおかしくなる

私たちが知っている重力の概念は、かなり昔から存在しています。300 年以上前、アイザック ニュートンが初めて重力理論を発表し、巨大な物体が互いに引き合う仕組みを説明しました。その後、約 100 年前にアルバート アインシュタインがニュートンの考えを洗練、拡張して相対性理論を作り上げ、重力を、特に宇宙の極限にある物体が周囲の空間構造を歪める仕組みとして説明しました。

しかし、宇宙には、十分に検証された相対性理論でさえ説明できない謎がまだいくつかある。最大の謎は？それは、今日の天文学で最も悪名高い問題である暗黒物質だ。多くの科学者は、暗黒物質は従来の重力法則に従う、まだ知られていない粒子の一種であると考えている。一方で、問題は重力そのものにあると考える科学者もいる。その見方では、おそらく、最大および最小のスケールで、重力が通常のニュートン理論やアインシュタイン理論とは異なる働きをする、修正された重力理論（別名、修正ニュートン力学、MOND）が必要になるだろう。

ニュートンとアインシュタインの重力に関する考えは大きな成功を収めてきたため、MOND はしばしばかなりの懐疑論に遭遇する。しかし、最近アストロフィジカル ジャーナルに掲載された新しい観測結果は、連星が互いの周りを回る様子を詳細に観察することで、重力の変化の証拠を提供していると主張している。

「新たな結果は、ニュートンの理論が特定のスケールで単純に破綻するという直接的な証拠を提供している」と、韓国ソウルの世宗大学の天文学者で、MONDの証拠を主張する新しい論文の著者であるチェ・キュヒョン氏は説明する。チェ氏は、過去10年間、前例のない精度で星の位置と動きを測定してきた欧州のガイア衛星のデータを使用した。特に、MONDと従来の理論が異なる値を予測する、特に広く離れた軌道を持つ連星に注目して、その加速度を測定した。

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これらの離れた星々は、非常にゆっくりと移動しており、小さな加速がある場所での重力のテストが可能です。これらの小さな加速は、2 つの重力理論が分岐する部分であり、修正重力理論では、星々は「通常の」重力の場合よりも 30 ～ 40 パーセント速く移動すると予測されています。これは、Chae 氏がデータで確認したとまさに主張していることです。Chae 氏によると、連星の小さなスケールでも、暗黒物質は実際には影響を及ぼさないため、従来の重力の予測との観測された違いを説明できません。

メキシコ国立自治大学の天文学者で、広域連星系で重力をテストするというアイデアを最初に提案したが、今回の研究には関わっていないザビエル・エルナンデス氏は、特に過去の研究を補完するものであるため、今回の新しい結果に自信を持っている。「2つのほぼ独立した補完的なアプローチが同じ結果をもたらすことが示されました」と彼は述べ、これが科学的プロセスの明確な例であることを強調した。

チェ氏の観察を最もうまく説明できるのは、AQUAL MOND と呼ばれる修正重力理論の特定の種類である。しかし、重力が 1 つの理論に完全には一致しないかもしれないからといって、私たちが持っているものをすべて捨て去る必要があるわけではない。「修正重力には多くのバージョンがあります。なぜなら、修正重力はアインシュタインの一般相対性理論を超えるものなら何でもあり得るからです」と物理学者のセルゲイ・ケトフ氏は東京大学カブリ研究所のニュースリリースで述べた。「修正重力はアインシュタインの理論を否定するものではありませんが、その限界を示しています。」

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しかし、科学界の誰もが、これが実際にMONDの「決定的な証拠」であると確信しているわけではない。「簡単に答えると、この結果は3つのことが重なった結果だ。良い科学、悪い科学、そして科学ニュースのひどい現状だ」と、科学コミュニケーターのイーサン・シーゲルは金曜日のコラム「Starts with a Bang」に書いた。シーゲルと他の科学者は、チェの研究で使用された観測の信頼性について懸念を表明しており（中には矛盾する研究を発表している科学者もいる）、この研究が修正重力の決定的な勝利であるかのような印象を与えるニュース記事にも不満を表明している。科学者が分析に含める星によって結果は異なり、これらの科学者は現在、どのような仮定が正しいかについて意見が一致していない。

「もし本当に懐疑的な人がいたら、私の研究結果を反証してみるべきだ」とチェ氏は反論する。しかし、一部の人々が不信感を抱く理由には共感を示す。この研究と矛盾する分析には、重要な自己較正ステップが含まれていないと彼は付け加える。現在の修正重力理論は、「量子物理学がまだ開発されていないボーア原子モデルのようなものです。しかし、量子物理学は最終的に開発されたことを忘れてはなりません」と彼は付け加える。（ボーアモデルは、電子が原子核の周りを回るという、小学校でよく見られる原子の科学的な見方で、後に量子力学のはるかに曖昧で確率的な見方に取って代わられた。）

どの理論が勝利するか、そして暗黒物質が粒子なのか、それとも重力の単なる微調整なのかは、時間と他の多くのテストによってのみ判断できるだろう。「私たちの目の前には互いの周りを回っている連星がありますが、ニュートンが予測したような動きをしていません」とヘルナンデスは言う。「修正重力を考慮しないという選択肢はもうありません。」

この投稿はChaeさんからの追加コメントで更新されました。