Galaksedannelse simuleret uden mørkt stof

For første gang, forskere fra universiteterne i Bonn og Strasbourg har simuleret dannelsen af ​​galakser i et univers uden mørkt stof. For at replikere denne proces på computeren, de har i stedet modificeret Newtons tyngdelove. De galakser, der blev skabt i computerberegningerne, ligner dem, vi faktisk ser i dag. Ifølge forskerne, deres antagelser kunne løse mange mysterier i moderne kosmologi. Resultaterne er offentliggjort i Astrofysisk tidsskrift .

Kosmologer i dag antager, at stof ikke blev fordelt helt jævnt efter Big Bang. De tættere steder tiltrak mere stof fra deres omgivelser på grund af deres stærkere gravitationskræfter. I løbet af flere milliarder år, disse ophobninger af gas dannede til sidst de galakser, vi ser i dag.

En vigtig ingrediens i denne teori er det såkaldte mørke stof. På den ene side, det siges at være ansvarlig for den indledende ujævne fordeling, der førte til agglomereringen af ​​gasskyerne. Det forklarer også nogle forvirrende observationer. For eksempel, stjerner i roterende galakser bevæger sig ofte så hurtigt, at de faktisk burde blive slynget ud. Det ser ud til, at der er en ekstra kilde til tyngdekraft i galakserne, der forhindrer dette – en slags "stjernekit", som ikke kan ses med teleskoper:mørkt stof.

Imidlertid, der er stadig intet direkte bevis for dets eksistens. "Måske opfører gravitationskræfterne sig ganske enkelt anderledes end tidligere antaget, " forklarer prof. Dr. Pavel Kroupa fra Helmholtz Institute for Radiation and Nuclear Physics ved universitetet i Bonn og det astronomiske institut ved Charles University i Prag. Denne teori bærer forkortelsen MOND (MOdified Newtonian Dynamics); den blev opdaget af den israelske fysiker Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Ifølge teorien, tiltrækningen mellem to masser adlyder kun Newtons love indtil et vist punkt. Under meget lave accelerationer, som det er tilfældet i galakser, det bliver betydeligt stærkere. Dette er grunden til, at galakser ikke går i stykker som følge af deres rotationshastighed.

Resultater tæt på virkeligheden

"I samarbejde med Dr. Benoit Famaey i Strasbourg, vi har nu for første gang simuleret, om galakser ville dannes i et MOND-univers og i så fald, hvilke, " siger Kroupas doktorand Nils Wittenburg. Til dette brugte han et computerprogram til komplekse gravitationsberegninger, som blev udviklet i Kroupas gruppe. For med MOND, en krops tiltrækning afhænger ikke kun af dens egen masse, men også om, hvorvidt andre genstande er i dens nærhed.

Forskerne brugte derefter denne software til at simulere dannelsen af ​​stjerner og galakser, startende fra en gassky flere hundrede tusinde år efter Big Bang. "I mange aspekter, vores resultater er bemærkelsesværdigt tæt på det, vi faktisk observerer med teleskoper, " forklarer Kroupa. F.eks. fordelingen og hastigheden af ​​stjernerne i de computergenererede galakser følger det samme mønster, som kan ses på nattehimlen. "Desuden, vores simulering resulterede for det meste i dannelsen af ​​roterende diskgalakser som Mælkevejen og næsten alle andre store galakser, vi kender, " siger videnskabsmanden. "Simuleringer af mørkt stof, på den anden side, skaber overvejende galakser uden distinkte stofskiver - en uoverensstemmelse til observationerne, der er svær at forklare."

Beregninger baseret på eksistensen af ​​mørkt stof er også meget følsomme over for ændringer i visse parametre, såsom frekvensen af ​​supernovaer og deres effekt på fordelingen af ​​stof i galakser. I MOND-simuleringen, imidlertid, disse faktorer spillede næppe en rolle.

Men de nyligt offentliggjorte resultater fra Bonn, Prag og Strasbourg svarer ikke til virkeligheden på alle punkter. "Vores simulering er kun et første skridt, " understreger Kroupa. F.eks. forskerne har indtil videre kun gjort meget simple antagelser om den oprindelige fordeling af stof og forholdene i det unge univers. "Vi skal nu gentage beregningerne og inddrage mere komplekse påvirkningsfaktorer. Så vil vi se, om MOND-teorien rent faktisk forklarer virkeligheden."