Unik forudsigelse af modificeret tyngdekraft udfordrer teorien om mørkt stof

En international gruppe af videnskabsmænd, herunder Case Western Reserve University Astronomy Chair Stacy McGaugh, har offentliggjort forskning, der hævder, at en rivaliserende idé til den populære hypotese om mørkt stof mere præcist forudsiger et galaktisk fænomen, der ser ud til at trodse de klassiske tyngdekraftsregler.

Dette er væsentligt, astrofysikerne siger, fordi det yderligere etablerer hypotesen - kaldet modificeret Newtonsk dynamik (MOND), eller "modificeret tyngdekraft" - som en holdbar forklaring på et kosmologisk dilemma:at galakser ser ud til at modvirke de længe accepterede tyngdekraftsregler, som spores til Sir Isaac Newton i slutningen af ​​1600-tallet.

Mysteriet:I årtier, vi har målt mere tyngdekraft i rummet, end vi tror, ​​vi burde have – at der ikke er nok synligt eller kendt stof til at redegøre for det hele.

Så, Mørkt stof fortalere teoretisere, at det meste af den kendte univers er faktisk lavet af materiale, der interagerer ikke med lys, gør det usynligt og uopdagligt - men at dette materiale står for meget af tyngdekraften blandt galakser. Det har været den fremherskende teori i næsten 50 år.

MOND teori, en modforklaring introduceret af fysiker Mordehai Milgrom fra Weizmann Institute (Israel) i begyndelsen af ​​1980'erne, siger, at denne tyngdekraft eksisterer, fordi tyngdekraftens regler er lidt ændret.

I stedet for at tilskrive den overskydende tyngdekraft til et uset, uopdageligt mørkt stof, MOND foreslår, at tyngdekraften ved lave accelerationer er stærkere end det kunne forudsiges ved et rent newtonsk forståelse.

Ud over, MOND lavede en dristig forudsigelse:de indre bevægelser af et objekt i kosmos skulle ikke kun afhænge af massen af ​​selve objektet, men også tyngdekraften fra alle andre masser i universet - kaldet "den eksterne felteffekt" (EFE).

Milgrom sagde, at resultaterne, hvis det bekræftes solidt, ville være "den rygende pistol, der beviser, at galakser er styret af modificeret dynamik i stedet for at adlyde Newtons love og den generelle relativitetsteori."

150 galakser testet for EFE

McGaugh og hans samarbejdspartnere, ledet af Kyu-Hyun Chae, fra Sejong University i Sydkorea, sige, at de opdagede denne EFE i mere end 150 undersøgte galakser.

Deres resultater blev offentliggjort for nylig i The Astrophysical Journal .

"Den eksterne felteffekt er en unik signatur af MOND, der ikke forekommer i Newton-Einsteins tyngdekraft, " sagde McGaugh. "Dette har ingen analogi i konventionel teori med mørkt stof. Påvisning af denne effekt er en rigtig hovedskraber."

Holdet på seks astrofysikere og astronomer inkluderer hovedforfatter Chae og andre bidragydere fra Det Forenede Kongerige, Italien og USA.

"Jeg har arbejdet under den hypotese, at mørkt stof eksisterer, så dette resultat overraskede mig virkelig, " sagde Chae. "I første omgang, Jeg var tilbageholdende med at fortolke vores egne resultater til fordel for MOND. Men nu kan jeg ikke benægte det faktum, at resultaterne, som de står klart støtte MOND snarere end mørke stof hypotese."

Analyse af roterende galakser

Gruppen analyserede 153 rotationskurver for diskgalakser som en del af deres undersøgelse. Galakserne blev udvalgt fra Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC) databasen, oprettet af en anden samarbejdspartner, Federico Lelli, under hans postdoktorale studier ved Case Western Reserve, McGaugh og medforfatter James Schombert, fra University of Oregon.

Ud over Chae, McGaugh, Lelli og Schombert, forfatterne til forskning var Pengfei Li fra Case Western Reserve og Harry Desmond fra University of Oxford.

Forskerne sagde, at de udledte EFE ved at observere, at galakser i stærke ydre felter bremsede (eller udviste faldende rotationskurver) hyppigere end galakser i svagere ydre felter - som forudsagt af MOND alene.

Lelli sagde, at han var skeptisk over for resultaterne i starten, "fordi den eksterne felteffekt på rotationskurver forventes at være meget lille. Vi brugte måneder på at kontrollere forskellige systematik. I sidste ende, det blev klart, at vi havde en rigtig, solid detektion."

McGaugh sagde, at skepsis er en del af den videnskabelige proces og forstår mange videnskabsfolks modvilje mod at overveje MOND som en mulighed.

"Jeg kom fra samme sted som dem i samfundet med mørkt stof, " sagde han. "Det gør ondt at tænke på, at vi kunne tage så fejl. Men Milgrom forudsagde dette for over 30 år siden med MOND. Ingen anden teori forudså den observerede adfærd."