Fysikere analyserer rotationsdynamik af galakser og indflydelse af fotonmassen

Rotationen af ​​stjerner i galakser som Mælkevejen er forvirrende. Stjernernes kredsløbshastigheder bør falde med deres afstand fra galaksens centrum, men faktisk stjerner i de midterste og ydre områder af galakser har samme rotationshastighed. Dette kan skyldes tyngdekraften af ​​stof, som vi ikke kan se. Men selvom forskere har søgt det i årtier, eksistensen af ​​mørkt stof er endnu ikke endeligt bevist, og vi ved stadig ikke, hvad det kan være lavet af. Med det i tankerne, fysikerne Dmitri Ryutov, Dmitry Budker og Victor Flambaum har foreslået, at rotationsdynamikken i galakser kan forklares af andre faktorer. De antager, at massen af ​​fotoner, som er partikler af lys, kan være ansvarlig.

Professor Dmitri Ryutov, som for nylig trak sig tilbage fra Lawrence Livermore National Laboratory i Californien, OS., er ekspert i plasmafysik. Han blev tildelt American Physical Society's (APS) 2017 Maxwell Prize for Plasma Physics for sine præstationer på området. Fysikere krediterer generelt Ryutov med at etablere den øvre grænse for fotonens masse. Da denne masse er ekstremt lille, selvom det ikke er nul, det ignoreres normalt, når man analyserer atomare og nukleare processer. Men selv en forsvindende lille masse kunne, ifølge samarbejdsforslaget, have en effekt på store astrofysiske fænomener.

Mens du besøgte Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), Ryutov, hans vært professor Dmitry Budker fra Helmholtz Institute Mainz (HIM), og professor Victor Flambaum, stipendiat ved Gutenberg Research College ved Mainz University, besluttede at se nærmere på ideen. De var interesserede i, hvordan fotonens uendeligt lille masse kunne have en effekt på massive galakser. Mekanismen i kernen af ​​fysikernes antagelse er en konsekvens af det, der er kendt som Maxwell-Proca-ligninger. Disse ville gøre det muligt at generere yderligere centripetale kræfter som et resultat af de elektromagnetiske spændinger i en galakse.

Er virkningerne lige så stærke som dem, der udøves af mørkt stof?

"Den hypotetiske effekt, vi undersøger, er ikke resultatet af øget tyngdekraft, " forklarede Dmitry Budker. Denne effekt kan forekomme sideløbende med den antagede indflydelse af mørkt stof. Den kan endda – under visse omstændigheder – fuldstændig eliminere behovet for at fremkalde mørkt stof som en faktor, når det kommer til at forklare rotationskurver. Rotationskurver udtrykker sammenhængen mellem kredsløbshastighederne for stjerner i en galakse og deres radiale afstand fra galaksens centrum. "Ved at antage en bestemt fotonmasse, meget mindre end den nuværende øvre grænse, vi kan vise, at denne masse ville være tilstrækkelig til at generere yderligere kræfter i en galakse, og at disse kræfter ville være nogenlunde store nok til at forklare rotationskurverne, " sagde Budker. "Denne konklusion er ekstremt spændende."

Fysikerne vovede sig endda et skridt videre. De undersøgte, hvordan protostjerner dannes og opdagede, at deres hypotese har andre implikationer. Den forudsiger, at langvarig, relativt lette stjerner, som solen, ville have stærkt elliptiske baner. "Faktiske observationer stemmer tydeligvis ikke overens med denne forudsigelse, hvilket betyder, at vores teori ikke kan forklare alt." Proca-force-effekter kan således kun være ansvarlige for nogle af anomalierne i rotationskurverne. "Vi betragter i øjeblikket ikke fotonmasse for at være løsningen på rotationskurveproblemet. Men det kunne være en del af løsningen, sluttede Budker. vi er nødt til at holde et åbent sind, så længe vi faktisk ikke ved, hvad mørkt stof er."