De controversiële theorie van alternatieve zwaartekracht nieuw leven inblazen met een nieuwe draai in de galactische rotatie

Een internationale groep astronomen, geleid door een natuurkundige van de Universiteit van St. Andrews, heeft een alternatieve zwaartekrachttheorie nieuw leven ingeblazen.

Onder leiding van Dr. Indranil Banik van de Universiteit van St. Andrews School of Physics and Astronomy, onthulde het onderzoek de hoge verwachte rotatiesnelheid van gas in dwerg sterrenstelsel In overeenstemming met de eerder ontkrachte theorie die bekend staat als Milgromian Dynamics (MOND).

Een eerdere studie van de rotatiesnelheid van gas in het dwergstelsel AGC 114905 (Mancera Pena et al., 2022) ontdekte dat het gas heel langzaam roteert en beweerde daarom dat de MOND-theorie dood is.

Dergelijke theorieën zijn essentieel om ons universum te begrijpen, omdat sterrenstelsels volgens de bekende fysica zo snel roteren dat ze van elkaar moeten afwijken. MOND is een controversieel alternatief voor de algemene relativiteitstheorie, het dominante door Einstein geïnspireerde begrip van het fenomeen zwaartekracht. Algemene relativiteit vereist echter donkere materie om sterrenstelsels bij elkaar te houden, terwijl MOND dat niet doet donkere materie.

Omdat donkere materie, ondanks tientallen jaren van zeer gevoelige zoektochten, nooit is ontdekt, zijn er verschillende theorieën naar voren gebracht om te verklaren wat sterrenstelsels met elkaar verbindt. Debat woedt over de juiste theorie. De extreem lage spinsnelheid die is gerapporteerd in de studie van Mancera Pina et al. druist in tegen de verwachtingen in een wereld die wordt beheerst door de algemene relativiteitstheorie met grote hoeveelheden donkere materie.

De groep van Dr. Banek stelt dat de hoge spinsnelheid die wordt voorspeld in de zwaartekrachttheorie van MOND consistent is met waarnemingen als kanteling heelal Overdreven.

De rotatie van sterren en gas in verre sterrenstelsels kan niet direct worden gemeten. Alleen de component langs de zichtlijn is bekend door nauwkeurige spectroscopische metingen. Als het melkwegstelsel bijna frontaal wordt gezien, zal het meestal in het vlak van de lucht draaien. Dit zou waarnemers kunnen misleiden door te denken dat de melkweg heel langzaam draait, waardoor ze de helling tussen de cilinder en de luchtvlakken zouden moeten overschatten. Deze kanteling werd geschat op basis van hoe het elliptische sterrenstelsel eruitziet (zie afbeelding).

De nieuwe studie onderzocht dit cruciale probleem met behulp van een gedetailleerde MOND-simulatie van een vergelijkbaar schijfstelsel AGC 114905 Gemaakt aan de Universiteit van Bonn door Srikanth Nagesh en op instigatie van Pavel Kroupa, Professor aan de Universiteit van Bonn en Charles University in Praag. Simulaties tonen aan dat het enigszins elliptisch kan lijken, zelfs als het frontaal wordt bekeken. Dit komt omdat de sterren en gassen in de melkweg zwaartekracht hebben en zichzelf in een enigszins niet-ronde vorm kunnen trekken. Een soortgelijk proces zorgt ervoor dat spiraalarmen verschijnen in schijfstelsels, kenmerken die zo gewoon zijn dat ze vaak spiraalstelsels worden genoemd.

Als gevolg hiervan zou de melkweg dichter bij de confrontatie kunnen zijn dan waarnemers denken. Dit zou kunnen betekenen dat de melkweg veel sneller draait dan is gemeld, waardoor de spanning met MOND wordt weggenomen.

Dr. Banek, hoofdauteur van de nieuwe studie, zei: “Onze simulaties laten zien dat de kanteling van AGC 114905 veel lager kan zijn dan wat is gemeld, wat betekent dat de melkweg in feite veel sneller roteert dan mensen denken, in lijn met MOND-voorspellingen.”

Dr. Hongsheng Zhao, van de School of Physics and Astronomy van de University of St. Andrews, zei: “De gerapporteerde extreem lage spinsnelheid van dit sterrenstelsel is onverenigbaar met zowel MOND als de standaardbenadering van donkere materie. Maar alleen MOND kan dit overwinnen schijnbare tegenstrijdigheid.”

De nieuwe studie stelt ook dat een soortgelijk “pseudo-tilt”-effect waarschijnlijk niet zal optreden in de standaard benadering van donkere materie, omdat de melkweg wordt gedomineerd door een gladde halo van donkere materie. Sterren en gassen dragen minimaal bij aan de zwaartekracht, dus de schijf is niet “zelf-zwaartekracht”.

Dit betekent dat het er waarschijnlijk erg cirkelvormig uitziet als het frontaal wordt bekeken, zoals bevestigd door simulaties door een andere groep (Selwood en Sanders, 2022). Als gevolg hiervan moet de waargenomen ellipsoïde het gevolg zijn van een aanzienlijke kanteling tussen de schijf en het hemelniveau. De rotatiesnelheid zal dan heel klein zijn, wat betekent dat het sterrenstelsel heel weinig donkere materie heeft. Het is in deze omgeving niet mogelijk voor een geïsoleerd dwergstelsel om een ​​kleine hoeveelheid donkere materie te bevatten, gezien zijn massa in sterren en gas.

Pavel Krupa, een professor aan de Universiteit van Bonn en de Charles Universiteit in Praag, zei over de bredere context van deze bevindingen: “Hoewel MOND goed werkt in de tests die tot nu toe zijn uitgevoerd, veroorzaakt de standaardbenadering zeer ernstige problemen op alle schalen, van dwerg sterrenstelsels zoals AGC 114905 tot op kosmische schalen, zoals gevonden door veel onafhankelijke teams.”

Referentie: “The Exaggerated Inclinations of Milgromian Disc Galaxies: The Case of the Ultra-widening Galaxy AGC 114905” door Indranil Banik, Srikanth T Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19 april 2022, Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073