Nyt spin på galakserotation redder kontroversiel tyngdekraftsteori

En international gruppe af astronomer, ledet af en fysiker ved University of St. Andrews, har genoplivet en alternativ tyngdekraftsteori.

Ledet af Dr. Indranil Banik fra School of Physics and Astronomy i St. Andrews afslørede undersøgelsen en høj forudsagt rotationshastighed for gas i en dværggalakse i overensstemmelse med den tidligere debunkede teori kendt som Milgromian Dynamics (MOND).

En tidligere undersøgelse af gasens rotationshastighed i dværggalaksen AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) fandt ud af, at gassen roterede meget langsomt og hævdede, at MOND-teorien var død.

Sådanne teorier er essentielle for at forstå vores univers, fordi galakser ifølge kendt fysik roterer så hurtigt, at de burde flyve fra hinanden. MOND, et kontroversielt alternativ til General Relativity, den fremherskende Einstein-inspirerede forståelse af fænomenet tyngdekraft, der kræver mørkt stof for at holde galakser sammen; kræver ikke mørkt stof. Da mørkt stof aldrig er blevet opdaget på trods af årtiers meget følsomme søgninger, er forskellige teorier blevet fremsat for at forklare, hvad der holder galakser sammen, og debatten raser om, hvad der er rigtigt. Den meget lave rotationshastighed, der er rapporteret i Mancera Pina et al-studiet, stemmer ikke overens med forudsigelser i et univers styret af generel relativitet med store mængder mørkt stof.

Dr. Baniks gruppe hævder, at den høje forudsagte rotationshastighed i MOND-tyngdekraftsteorien stemmer overens med observationer, hvis galaksens hældning er overvurderet.

Rotationen af ​​stjerner og gas i fjerne galakser kan ikke måles direkte. Kun komponenten langs synslinjen kendes fra præcise spektroskopiske målinger. Hvis galaksen ses næsten med ansigtet, så vil den for det meste rotere inden for himlens plan. Dette kan vildlede observatører til at tro, at galaksen faktisk roterer meget langsomt, hvilket ville kræve, at de overvurderer hældningen mellem skive- og himmelplan. Denne hældning blev estimeret ud fra, hvor elliptisk galaksen ser ud (se billede).

Den nye undersøgelse udforskede dette afgørende spørgsmål ved hjælp af detaljerede MOND-simuleringer af en diskgalakse svarende til AGC 114905 lavet på Bonn Universitet af Srikanth Nagesh og iværksat af Pavel Kroupa, professor ved Bonn Universitet og Charles Universitet i Prag. Simuleringerne viser, at den kan se noget elliptisk ud, selv når den ses ansigt-på. Det skyldes, at stjerner og gas i galaksen har tyngdekraft og kan trække sig selv ind i en noget ikke-cirkulær form. En lignende proces forårsager spiralarmene i diskgalakser, træk som er så almindelige, at disse ofte kaldes spiralgalakser.

Som et resultat kunne galaksen være meget tættere på ansigtet, end observatørerne troede. Dette kan betyde, at galaksen roterer meget hurtigere end rapporteret, hvilket fjerner spændingen med MOND.

Dr. Banik, hovedforfatter på det nye studie, sagde:"Vores simuleringer viser, at hældningen af ​​AGC 114905 kan være betydeligt mindre end rapporteret, hvilket ville betyde, at galaksen faktisk roterer meget hurtigere, end folk tror, ​​i overensstemmelse med MONDs forventninger. "

Dr. Hongsheng Zhao, fra School of Physics and Astronomy ved University of St. Andrews, sagde:"Den meget lave rapporterede rotationshastighed for denne galakse er inkonsistent med både MOND og standardtilgangen med mørkt stof. Men kun MOND er i stand til at komme uden om denne tilsyneladende modsigelse."

Den nye undersøgelse argumenterer også for, at en lignende "falsk tilbøjelighed"-effekt sandsynligvis ikke vil opstå i standardmetoden med mørkt stof, fordi galaksen er domineret af den glatte mørkstof-halo. Stjernerne og gassen bidrager kun lidt til tyngdekraften, så skiven er ikke "selvgraviterende."

Dette betyder, at det sandsynligvis vil se meget cirkulært ud, hvis det ses ansigt-på, hvilket bekræftes af simuleringer udført af en anden gruppe (Sellwood &Sanders, 2022). Som følge heraf må den observerede ellipticitet skyldes en betydelig hældning mellem skiven og himmelplanerne. Rotationshastigheden ville da være meget lille, hvilket betyder, at galaksen har meget lidt mørkt stof. Det er ikke muligt i denne ramme, at en isoleret dværggalakse ville have så lille en mængde mørkt stof i betragtning af hvor meget masse den har i stjerner og gas.

Pavel Kroupa, professor ved universitetet i Bonn og Charles University i Prag, sagde om den bredere kontekst af disse resultater:"Mens MOND fungerer godt i de test, der er gennemført indtil videre, forårsager standardtilgangen meget alvorlige problemer på alle skalaer lige fra dværggalakser som AGC 114905 helt op til kosmologiske skalaer, som fundet af mange uafhængige teams."

Avisen "Overestimerede inclinations of Milgromian disk galaxies:the case of the ultradiffuse galaxy AGC 114905" er udgivet i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society + Udforsk yderligere

Tyngdekraftsteori reddet fra døden