Forskerhold finder radial accelerationsforhold i alle almindelige typer galakser

Fordelingen af ​​normalt stof bestemmer præcist gravitationsaccelerationen i alle almindelige typer galakser, rapporterer et hold ledet af forskere fra Case Western Reserve University.

Holdet har vist, at dette radiale accelerationsforhold eksisterer i nærliggende elliptiske og lavmassesfæroidale galakser med høj masse, bygger på sidste års opdagelse af dette forhold i spiralgalakser og uregelmæssige galakser. Dette giver yderligere støtte til, at forholdet er ensbetydende med en ny naturlov, siger forskerne.

"Dette viser, at vi virkelig har en universel lov for galaktiske systemer, " sagde Federico Lelli, tidligere astronomi-postdoc ved Case Western Reserve University og i øjeblikket fellow ved European Southern Observatory.

"Dette ligner Kepler-loven for planetsystemer, som er ligeglad med planetens specifikke egenskaber. Uanset om planeten er stenet som Jorden eller gasformig som Jupiter, loven gælder, " sagde Lelli, der ledede denne undersøgelse.

I dette tilfælde, den observerede acceleration korrelerer tæt med gravitationsaccelerationen fra den synlige masse, uanset galaksetypen. Med andre ord, hvis astronomer måler fordelingen af ​​normalt stof, de kender rotationskurven, og omvendt.

"Men det er stadig uklart, hvad dette forhold betyder, og hvad er dets grundlæggende oprindelse, " sagde Lelli.

Undersøgelsen er offentliggjort online i Astrofysisk Journal i dag. Medforfattere er Stacy McGaugh, formand for Institut for Astronomi ved Case Western Reserve, James Schombert, professor i astronomi ved University of Oregon, og Marcel Pawlowski, tidligere astronomi-postdoc-forsker ved Case Western Reserve og nuværende Hubble-stipendiat ved University of California, Irvine.

Forskerne fandt ud af, at i 153 spiralgalakser og uregelmæssige galakser, 25 elliptiske og linseformede, og 62 dværgkugleformede, den observerede acceleration korrelerer tæt med den tyngdeacceleration, der forventes fra synlig masse.

Observerede afvigelser fra denne korrelation er ikke relateret til nogen specifik galakseegenskab, men fuldstændig tilfældige og i overensstemmelse med målefejl, holdet fandt.

Det er vanskeligt at forstå tætheden af ​​dette forhold i form af mørkt stof, som det i øjeblikket forstås, sagde forskerne.

Det udfordrer også den nuværende forståelse af galaksedannelse og evolution, hvor mange tilfældige processer såsom fusioner og interaktioner i galakser, ind- og udstrømning af gas, stjernedannelse og supernovaer, forekomme på samme tid.

"Regelmæssighed må på en eller anden måde komme ud af dette kaos, " sagde Lelli.

For at gøre deres opdagelse, forskere kombinerede forskellige spor af centripetalaccelerationen fundet i forskellige typer galakser, hvorfra de foretog 1-til-1 sammenligninger.

De kinematiske sporstoffer var kold gas i spiralgalakser og uregelmæssige galakser, stjerner eller varm gas i elliptiske og lentikulære, og individuelle kæmpestjerner i dværgkugler.

Undersøgelsen omfattede såkaldte ultra-svage dværg sfæroidale galakser, men på grund af deres mangel på lys - hvilket gør dem svære at studere - kan forskerne ikke med sikkerhed give en klar fortolkning af den radiale accelerationsrelation i disse.

Alligevel, det voksende bevis på forholdet, eller naturlov, kræver nytænkning om mørkt stof og tyngdekraft, sagde forskerne.

"Inden for det normale mørke stof-paradigme, denne lov indebærer, at det synlige stof og det mørke stof skal være tæt koblet i galakser på lokalt niveau og uafhængigt af globale egenskaber. De skal kende hinanden, "Sagde Lelli." Inden for alternative modeller som modificeret tyngdekraft, denne lov repræsenterer en vigtig empirisk begrænsning og kan guide teoretiske fysikere til at bygge en passende matematisk udvidelse af Einsteins generelle relativitetsteori."

Holdets forskning indtil videre har fokuseret på galakser i det nærliggende univers. Lelli og hans kolleger planlægger at teste forholdet i fjernere galakser, blot et par milliarder år efter big bang. De håber at finde ud af, om det samme forhold holder i universets levetid.