Новый взгляд на вращение галактик спасает спорную теорию гравитации
Международная группа астрономов во главе с физиком из Сент-Эндрюсского университета возродила альтернативную теорию гравитации. Исследование, возглавляемое доктором Индранилом Баником из Школы физики и астрономии в Сент-Эндрюсе, выявило высокую предсказанную скорость вращения газа в карликовой галактике , что согласуется с ранее опровергнутой теорией, известной как Милгромианская динамика (MOND).
Радиоизображение нейтрального газообразного водорода в галактике AGC 114905. Его наклон оценивается по черному эллипсу, который лучше соответствует данным. Если предположить, что галактика имеет круглую форму, если смотреть на нее анфас, это означает умеренное наклонение в 32 °. Тем не менее, новое исследование предполагает, что синий эллипс для очень низкого наклонения может быть на самом деле правильным — таким образом спасая теорию MOND — если галактика по своей природе несколько некруглая. Авторы показывают, что это возможно, используя специальное моделирование MOND. Предоставлено: Мансера Пина и др.
Более раннее исследование скорости вращения газа в карликовой галактике AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) показало, что газ вращается очень медленно, и заявило, что теория MOND мертва.
Такие теории необходимы для понимания нашей Вселенной, потому что, согласно известной физике, галактики вращаются так быстро, что должны разлететься. МОНД, спорная альтернатива общей теории относительности, преобладающее вдохновленное Эйнштейном понимание явления гравитации, которое требует темной материи, чтобы удерживать галактики вместе; не требует темной материи. Поскольку темная материя так и не была обнаружена, несмотря на десятилетия очень чувствительных поисков, были выдвинуты различные теории, объясняющие, что удерживает галактики вместе, и бушуют споры о том, какая из них верна. Очень низкая скорость вращения, о которой сообщают в исследовании Мансера Пина и др., несовместима с предсказаниями для Вселенной, управляемой общей теорией относительности, с большим количеством темной материи.
Группа доктора Баника утверждает, что высокая скорость вращения, предсказанная в теории гравитации MOND, согласуется с наблюдениями, если наклонение галактики завышено.
Вращение звезд и газа в далеких галактиках невозможно измерить напрямую. Только компонент вдоль луча зрения известен из точных спектроскопических измерений. Если смотреть на галактику почти лицом к лицу, то она в основном будет вращаться в плоскости неба. Это может ввести наблюдателей в заблуждение, заставив их думать, что галактика на самом деле вращается очень медленно, что потребует от них переоценки наклона между диском и плоскостями неба. Это наклонение было оценено по тому, насколько эллиптической выглядит галактика (см. изображение).
В новом исследовании этот важный вопрос изучался с использованием подробных симуляций MOND дисковой галактики, подобной AGC 114905, сделанных в Боннском университете Срикантом Нагешем и инициированных Павлом Крупой, профессором Боннского университета и Карлова университета в Праге. Моделирование показывает, что он может казаться несколько эллиптическим, даже если смотреть на него лицом к лицу. Это связано с тем, что звезды и газ в галактике обладают гравитацией и могут принимать несколько некруглую форму. Подобный процесс вызывает появление спиральных рукавов в дисковых галактиках, которые настолько распространены, что их часто называют спиральными галактиками.
В результате галактика может быть намного ближе к зрителю, чем думали наблюдатели. Это может означать, что галактика вращается намного быстрее, чем сообщается, что снимает напряжение с MOND.
Доктор Баник, ведущий автор нового исследования, сказал: «Наши симуляции показывают, что наклон AGC 114905 может быть значительно меньше, чем сообщается, что означает, что галактика на самом деле вращается намного быстрее, чем думают люди, в соответствии с ожиданиями MOND. "
Доктор Хуншэн Чжао из Школы физики и астрономии Сент-Эндрюсского университета сказал: «Очень низкая зарегистрированная скорость вращения этой галактики несовместима как с MOND, так и со стандартным подходом к темной материи. Но только MOND способен обойти это кажущееся противоречие».
В новом исследовании также утверждается, что подобный эффект «ложного наклона» вряд ли возникнет при стандартном подходе к темной материи, потому что в галактике преобладает гладкое гало темной материи. Звезды и газ мало влияют на гравитацию, поэтому диск не является «самогравитирующим».
Это означает, что он, вероятно, будет выглядеть очень круглым, если смотреть прямо, что подтверждается моделированием, проведенным другой группой (Sellwood & Sanders, 2022). В результате наблюдаемая эллиптичность должна быть обусловлена значительным наклоном между диском и плоскостями неба. В этом случае скорость вращения будет очень мала, а это означает, что в галактике очень мало темной материи. С этой точки зрения невозможно, чтобы изолированная карликовая галактика имела такое небольшое количество темной материи , учитывая, сколько массы она имеет в виде звезд и газа.
Павел Крупа, профессор Боннского университета и Карлова университета в Праге, сказал о более широком контексте этих результатов: «Хотя МОНД хорошо работает в тестах, проведенных до сих пор, стандартный подход вызывает очень серьезные проблемы во всех масштабах, начиная от карликовых галактик как AGC 114905, вплоть до космологических масштабов, найденных многими независимыми группами».
В Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества опубликована статья «Переоцененные наклонения галактик милгромовского диска: случай ультрадиффузной галактики AGC 114905».
