Astronomers simuleringer understøtter teorien om mørkt stof

Computersimuleringer fra astronomer understøtter ideen om, at mørkt stof - stof, som ingen endnu har opdaget direkte, men som mange fysikere mener skal være der for at forklare flere aspekter af det observerbare univers - eksisterer ifølge forskerne, som inkluderer dem ved University of Californien, Irvine.

Værket adresserer en grundlæggende debat inden for astrofysik - skal usynligt mørkt stof eksistere for at forklare, hvordan universet fungerer, som det gør, eller kan fysikere forklare, hvordan tingene fungerer udelukkende baseret på det stof, vi direkte kan observere? I øjeblikket mener mange fysikere, at noget som mørkt stof skal eksistere for at forklare stjerners og galaksers bevægelser.

"Vores papir viser, hvordan vi kan bruge virkelige, observerede relationer som grundlag for at teste to forskellige modeller til at beskrive universet," sagde Francisco Mercado, hovedforfatter og nyligt ph.d. kandidat fra UC Irvine Department of Physics &Astronomy, som nu er postdoc ved Pomona College. "Vi fremlagde en kraftfuld test for at skelne mellem de to modeller."

Testen involverede at køre computersimuleringer med begge typer stof - normal og mørk - for at forklare tilstedeværelsen af ​​spændende træk målt i rigtige galakser. Holdet rapporterede deres resultater i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Funktionerne i galakser, som holdet fandt, "forventes at dukke op i et univers med mørkt stof, men ville være svære at forklare i et univers uden det," sagde Mercado. "Vi viser, at sådanne træk optræder i observationer af mange rigtige galakser. Hvis vi tager disse data for pålydende, bekræfter dette positionen af ​​mørk stofmodellen som den, der bedst beskriver det univers, vi lever i."

Disse træk, som Mercado bemærkede, beskriver mønstre i stjerners og gass bevægelser i galakser, som kun ser ud til at være mulige i et univers med mørkt stof.

"Observerede galakser ser ud til at adlyde et tæt forhold mellem det stof, vi ser, og det udledte mørke stof, vi opdager, så meget, at nogle har foreslået, at det, vi kalder mørkt stof, virkelig er bevis på, at vores tyngdekraftsteori er forkert," sagde co- forfatter James Bullock, professor i fysik ved UCI og dekan for UCI School of Physical Sciences.

"Det, vi viste, er, at mørkt stof ikke kun forudsiger forholdet, men for mange galakser kan det forklare, hvad vi ser mere naturligt end modificeret tyngdekraft. Jeg er endnu mere overbevist om, at mørkt stof er den rigtige model."

Trækkene optræder også i observationer foretaget af fortalere for et mørkt stoffrit univers. "De observationer, vi undersøgte - selve observationerne, hvor vi fandt disse træk - blev udført af tilhængere af teorier uden mørkt stof," sagde medforfatter Jorge Moreno, lektor i fysik og astronomi ved Pomona College.

"På trods af deres åbenlyse tilstedeværelse blev der kun foretaget en lille eller ingen analyse af disse funktioner af det fællesskab. Det tog folk som os, videnskabsmænd, der arbejder med både regulært og mørkt stof, for at starte samtalen."

Moreno tilføjede, at han forventer, at debat inden for hans forskningsmiljø følger i kølvandet på undersøgelsen, men at der kan være plads til fælles fodslag, da holdet også fandt ud af, at sådanne træk kun optræder i deres simuleringer, når der er både mørkt stof og normalt. stof i universet.

"Når stjerner fødes og dør, eksploderer de i supernovaer, som kan forme galaksernes centre, hvilket naturligt forklarer eksistensen af ​​disse træk," sagde Moreno. "Simpelt sagt kræver de funktioner, vi har undersøgt i observationer, både eksistensen af ​​mørkt stof og inkorporeringen af ​​normal stoffysik."

Nu hvor universets mørkstofmodel ser ud til at være den førende, er næste skridt, forklarede Mercado, at se, om den forbliver konsistent på tværs af et mørkt stofunivers.

"Det ville være interessant at se, om vi kunne bruge det samme forhold til overhovedet at skelne mellem forskellige modeller af mørkt stof," sagde Mercado. "At forstå, hvordan dette forhold ændrer sig under forskellige modeller af mørkt stof, kan hjælpe os med at begrænse egenskaberne af mørkt stof selv."

Flere oplysninger: Francisco J Mercado et al., Hooks &Bends in the radial acceleration relation:discriminatory tests for dark matter and MOND, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae819

Journaloplysninger: Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af University of California, Irvine