В своей работе исследователи исследовали так называемые открытые звездные скопления. Они образуются, когда тысячи звезд рождаются за короткое время в огромном газовом облаке. Когда они "воспламеняются", пришельцы из галактики сдувают остатки газового облака. В процессе кластер значительно расширяется. Это создает рыхлое образование от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд. Слабые гравитационные силы, действующие между ними, удерживают скопление вместе.

"В большинстве случаев открытые звездные скопления выживают всего несколько сотен миллионов лет, прежде чем они растворяются", - объясняет профессор, доктор Павел Крупа из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца Боннского университета. В процессе они регулярно теряют звезды, которые накапливаются в двух так называемых "приливных хвостах". Один из этих хвостов тянется за скоплением, когда оно путешествует в пространстве. Другой, напротив, берет инициативу на себя, как острие копья.

"Согласно законам тяготения Ньютона, это вопрос случая, в каком из хвостов окажется потерянная звезда", - объясняет доктор Ян Пфламм-Альтенбург из Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца. "Таким образом, оба хвоста должны содержать примерно одинаковое количество звезд. Однако в нашей работе мы впервые смогли доказать, что это не так: в изученных нами скоплениях передний хвост всегда содержит значительно больше звезд поблизости от скопления, чем задний хвост".

Разработан новый метод подсчета звезд

До сих пор было почти невозможно определить из миллионов звезд, близких к скоплению, те, которые принадлежат к его хвостам. "Чтобы сделать это, вы должны посмотреть на скорость, направление движения и возраст каждого из этих объектов", - объясняет доктор Тереза Джерабкова. Соавтор статьи, защитившая докторскую диссертацию в группе Крупы, недавно перешла из Европейского космического агентства (ЕКА) в Европейскую южную обсерваторию в Гархинге. Она разработала метод, который позволил ей впервые точно сосчитать звезды в хвостах. "До сих пор рядом с нами было исследовано пять открытых скоплений, в том числе четыре нами", - говорит она. "Когда мы проанализировали все данные, мы столкнулись с противоречием с существующей теорией. Для этого были необходимы очень точные обзорные данные космической миссии ЕКА "Гайя"."

Данные наблюдений, напротив, гораздо лучше согласуются с теорией, которая среди экспертов известна под аббревиатурой MOND ("Модифицированная ньютоновская динамика"). "Проще говоря, согласно MOND, звезды могут покидать скопление через две разные двери", - объясняет Крупа. "Один ведет к заднему приливному хвосту, другой - к переднему. Однако первый намного уже второго, поэтому менее вероятно, что звезда покинет скопление через него. С другой стороны, теория гравитации Ньютона предсказывает, что обе двери должны быть одинаковой ширины."

Звездные скопления живут короче, чем предсказывают законы Ньютона

Команда рассчитала распределение звезд, ожидаемое в соответствии с MOND. "Результаты на удивление хорошо согласуются с наблюдениями", - подчеркивает доктор Инго Тис, который сыграл ключевую роль в соответствующем моделировании. "Однако для этого нам пришлось прибегнуть к относительно простым вычислительным методам. В настоящее время нам не хватает математических инструментов для более детального анализа модифицированной ньютоновской динамики". Тем не менее, моделирование совпало с наблюдениями и в другом отношении: они предсказали, как долго обычно должны существовать открытые звездные скопления. И этот промежуток времени значительно короче, чем можно было бы ожидать в соответствии с законами Ньютона. "Это объясняет тайну, которая была известна в течение долгого времени", - указывает Крупа. "А именно, звездные скопления в близлежащих галактиках, похоже, исчезают быстрее, чем следовало бы".

Однако теория МОНДА не является бесспорной среди экспертов. Поскольку законы тяготения Ньютона при определенных обстоятельствах были бы недействительны, а должны были бы быть изменены, это имело бы далеко идущие последствия и для других областей физики. "С другой стороны, это решает многие проблемы, с которыми космология сталкивается сегодня", - объясняет Крупа, который также является членом трансдисциплинарных исследовательских областей "Моделирование" и "Материя" в Боннском университете. В настоящее время команда изучает новые математические методы для еще более точного моделирования. Затем их можно было бы использовать для поиска дальнейших доказательств того, верна теория МОНДА или нет.