سیاره اسرارآمیز نهم شاید نمایانگر شکل خاصی از گرانش باشد

سیاره مرموز نهم که از دیدگاه تئوری جایی بین بخش‌های خارجی منظومه‌ شمسی مخفی شده است، شاید اصلا سیاره نباشد. براساس پژوهشی جدید، آنچه به نظر می‌آید جسمی عظیم باشد، احتمالا مدرکی است که نشان می‌دهد گرانش برخلاف تصور ما عمل می‌کند. بااین‌حال فرضیه‌ی جدید با مخالفانی همراه است.

براساس فرضیه‌ی سیاره نهم که برای اولین بار در سال ۲۰۱۶ ارائه شد، فراتر از سیاره نپتون مدارهای غیرعادی اجرامی در کمربند کویپر وجود دارد که به نظر می‌رسد از خورشید دور می‌شوند. این پدیده احتمالا ناشی از وجود جهانی با ۱۰ برابر جرم زمین است که با عنوان سیاره نهم نامیده می‌شود. ستاره‌شناس‌ها از آن‌ زمان در پی کشف این سیاره‌ی احتمالی بوده‌اند؛ اما با وجود جستجوی نیمی از آسمان شب، با دست خالی بازگشته‌اند.

در پژوهش جدید که ۲۲ سپتامبر در مجله‌ی Astronomical منتشر شد، پژوهشگرها توضیح دیگری را برای ناهنجاری‌های گرانشی منظومه‌ی شمسی خارجی ارائه دادند. به عقیده‌ی آن‌ها این ناسازگاری‌ها با درنظر گرفتن مفهومی جایگزین از گرانش موسوم به دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده (MOND) به طور کامل برطرف می‌شوند.

بر اساس قانون دوم نیوتون، کشش گرانشی روی یک جسم رابطه‌ی معکوسی با فاصله‌ی بین دو جسم دارد؛ بدین معنی که با افزایش فاصله‌ی بین دو جسم، گرانش کاهش می‌یابد؛ اما MOND با تغییر این مفهوم می‌گوید پس از یک فاصله‌ی مشخص، کشش گرانشی مستقیماً متناسب با فاصله است؛ یعنی قدرت کشش گرانشی در فاصله‌های بیشتر به‌سرعت کاهش نمی‌یابد. این فرضیه نشان می‌دهد که اجرام چرخان به دور جرمی بزرگ‌تر در فاصله‌های دورتر (مثل ستارگان واقع در نواحی دور از مرکز کهکشان‌های مارپیچی مثل راه شیری)، نسبت به آنچه قانون دوم نیوتون می‌گوید، کشش گرانشی بیشتری را تجربه می‌کنند.

درنتیجه براساس دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده، اجرام کمربند کویپر نه به وسیله‌ی سیاره‌ای کشف‌نشده، بلکه به‌وسیله‌ی سایر بخش‌های کهکشان ما کشیده می‌شوند.

پژوهشگرها با یافته‌هایشان شگفت‌زده شدند. هدف اولیه‌ی بررسی آن‌ها درنظر گرفتن MOND به عنوان توجیه احتمالی سیاره نهم بود. با این‌حال وقتی آن را روی مسئله اعمال کردند، به نظر می‌رسد مسئله را به شکل بی‌نقصی حل می‌کند. به گفته‌ی هارش ماتور، فیزیکدان نظری و مؤلف پژوهش:

دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده در توصیف رصدهای مقیاس کهکشانی عملکرد خوبی دارد؛ اما انتظار نداشتم آثار آن بر منظومه‌ی شمسی خارجی هم ملموس باشد.

اصل MOND برای اولین بار در سال ۱۹۸۳ به‌عنوان جایگزینی برای ماده‌ی تاریک پیشنهاد شد. ماده‌ی تاریک به ذراتی نامرئی با منشاء ناشناخته گفته می‌شود که نزدیک به ۲۷ درصد از کل ماده‌ی جهان را تشکیل می‌دهد. ماده‌ی تاریک برای توصیف مسئله‌ی «جرم گمشده» پیشنهاد شد که بر اساس آن ستاره‌ها و سیاره‌ها به‌تنهایی نمی‌توانند کشش گرانشی کهکشان‌ها را توجیه کنند، اما اصل MOND می‌گوید اگر اجرام دور کشش گرانشی بیشتری را تجربه می‌کنند، ممکن است به آن اندازه که درابتدا فکر می‌کردیم، جرم گمشده وجود نداشته باشد.

با این‌حال MOND نمی‌تواند تمام جرم گمشده‌ی جهان را توجیه کند و بنابراین به صورت کامل ایده‌ی ماده‌ی تاریک را حذف نمی‌کند. همچنین پژوهش‌های دیگر نشان می‌دهند برای تطبیق MOND با مکانیک کوانتوم و نسبیت، باید فرضیاتی غیرعادی را که در برخی موارد مشکل‌ساز هستند، به نظریه‌های موجود اضافه کرد.

تازه‌ترین فرضیه برای سیاره نهم، تمام کارشناسان را قانع نکرده است. مایکل براون، ستاره‌شناس در دانشگاه کلتک به لایوساینس می‌گوید: «این ایده که آنچه فکر می‌کردیم سیاره نهم باشد، دراصل فیزیک جدید است، من را خوشحال می‌کند؛ اما گمان می‌کنم که احتمال آن کم است. درعوض سیاره‌ی نهم احتمالا صرفا جهانی معمولی است.»

دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده تنها توضیح جایگزین برای سیاره‌ نهم در سال‌های اخیر نیست. برخی پژوهشگرها معتقدند سیاره فرضی نهم در واقع سیاه‌چاله‌ای کوچک است که اجرام اطرافش را به داخل خود می‌کشد.

صرف‌نظر از اینکه اصل MOND پاسخی به راز سیاره‌ نهم باشد یا خیر، پژوهشگرها معتقدند بررسی این جرم فرضی به افزایش درک ما از محله‌ی کیهانی‌مان کمک می‌کند. این پژوهش صرف‌نظر از نتیجه به پتانسیل منظومه‌ی شمسی خارجی به عنوان آزمایشگاهی برای آزمایش نظریه‌ی نسبیت و مطالعه‌ی مسائل بنیادی فیزیک اشاره دارد.