Wiederbelebung der umstrittenen Theorie der alternativen Gravitation mit einem neuen Spin in der galaktischen Rotation

Radiobild von neutralem Wasserstoffgas in der Galaxie AGC 114905. Seine Neigung wird durch eine schwarze Ellipse geschätzt, die am besten zu den Daten passt. Unter der Annahme, dass die Galaxie bei frontaler Betrachtung kreisförmig ist, bedeutet dies, dass sie eine moderate Neigung von 32 Grad hat. Die neue Studie legt jedoch nahe, dass eine blaue Ellipse mit einer sehr geringen Neigung tatsächlich wahr sein könnte – und somit die MOND-Theorie rettet – wenn die Galaxie an sich etwas nicht kreisförmig ist. Die Autoren demonstrieren, dass dies möglich ist, indem sie eine benutzerdefinierte MOND-Simulation verwenden. Kredit: Abbildung 7 von Mancera-Pina et al. 2022 (MNRAS, 512, 3230)

Eine internationale Gruppe von Astronomen unter der Leitung eines Physikers der University of St. Andrews hat eine alternative Gravitationstheorie wiederbelebt.

Unter der Leitung von Dr. Indranil Banik von der University of St. Andrews School of Physics and Astronomy enthüllte die Forschung die erwartete hohe Rotationsgeschwindigkeit des Gases im Inneren Zwerggalaxie In Übereinstimmung mit der zuvor widerlegten Theorie, die als Milgromian Dynamics (MOND) bekannt ist.

Eine frühere Untersuchung der Rotationsgeschwindigkeit von Gas in der Zwerggalaxie AGC 114905 (Mancera Pena et al., 2022) fanden heraus, dass das Gas sehr langsam rotiert und behaupteten damit, dass die MOND-Theorie tot sei.

Solche Theorien sind für das Verständnis unseres Universums unerlässlich, da Galaxien nach bekannter Physik so schnell rotieren, dass sie voneinander abweichen müssen. MOND ist eine umstrittene Alternative zur Allgemeinen Relativitätstheorie, dem vorherrschenden, von Einstein inspirierten Verständnis des Phänomens der Gravitation. Die allgemeine Relativitätstheorie erfordert jedoch dunkle Materie, um Galaxien zusammenzuhalten, während MOND dies nicht tut Dunkle Materie.

Da dunkle Materie trotz jahrzehntelanger hochempfindlicher Suche nie entdeckt wurde, wurden verschiedene Theorien aufgestellt, um zu erklären, was Galaxien zusammenhält. Die Debatte tobt über die richtige Theorie. Die extrem niedrige Rotationsgeschwindigkeit, die in der Studie von Mancera Pina et al. berichtet wird, widerspricht den Erwartungen in einer Welt, die von der allgemeinen Relativitätstheorie mit großen Mengen dunkler Materie regiert wird.

Die Gruppe von Dr. Banek argumentiert, dass die in MONDs Gravitationstheorie vorhergesagte hohe Rotationsgeschwindigkeit mit Beobachtungen bei Neigung übereinstimmt Galaxis übertrieben.

Die Rotation von Sternen und Gas in fernen Galaxien kann nicht direkt gemessen werden. Durch präzise spektroskopische Messungen ist nur die Komponente entlang der Sichtlinie bekannt. Wenn die Galaxie fast frontal gesehen wird, wird sie hauptsächlich innerhalb der Himmelsebene kreisen. Dies könnte Beobachter zu der Annahme verleiten, dass sich die Galaxie sehr langsam dreht, was dazu führen würde, dass sie die Neigung zwischen dem Zylinder und den Himmelsebenen überschätzen würden. Diese Neigung wurde anhand des Aussehens der elliptischen Galaxie geschätzt (siehe Bild).

Die neue Studie untersuchte dieses entscheidende Problem anhand einer detaillierten MOND-Simulation einer ähnlichen Scheibengalaxie AGC 114905 Hergestellt an der Universität Bonn von Srikanth Nagesh und auf Anregung von Pavel Kroupa, Professor an der Universität Bonn und der Karls-Universität Prag. Simulationen zeigen, dass es selbst bei frontaler Betrachtung etwas elliptisch erscheinen kann. Das liegt daran, dass die Sterne und Gase in der Galaxie Schwerkraft haben und sich selbst in eine etwas nicht kreisförmige Form ziehen können. Ein ähnlicher Prozess lässt Spiralarme in Scheibengalaxien erscheinen, Merkmale, die so häufig sind, dass sie oft als Spiralgalaxien bezeichnet werden.

Infolgedessen könnte die Galaxie näher an der Konfrontation sein, als Beobachter glauben. Dies könnte bedeuten, dass sich die Galaxie viel schneller dreht als berichtet wurde, wodurch die Spannung mit MOND beseitigt wird.

Dr. Banek, Hauptautor der neuen Studie, sagte: „Unsere Simulationen zeigen, dass die Neigung von AGC 114905 viel geringer sein könnte als berichtet, was bedeutet, dass sich die Galaxie tatsächlich viel schneller dreht, als die Leute denken, in einer Linie mit MOND-Prognosen.“

Hongsheng Zhao von der School of Physics and Astronomy der University of St. Andrews sagte: „Die berichtete extrem niedrige Rotationsgeschwindigkeit dieser Galaxie ist sowohl mit MOND als auch mit dem Standardansatz mit dunkler Materie nicht kompatibel, aber nur MOND ist dazu in der Lage diesen scheinbaren Widerspruch überwinden.“ .

Die neue Studie argumentiert auch, dass es unwahrscheinlich ist, dass ein ähnlicher „Pseudo-Tilt“-Effekt beim Standardansatz für dunkle Materie auftritt, da die Galaxie von einem glatten Halo aus dunkler Materie dominiert wird. Sterne und Gase tragen nur minimal zur Gravitation bei, sodass die Scheibe nicht „selbstgravitierend“ ist.

Dies bedeutet, dass es wahrscheinlich sehr rund erscheinen würde, wenn es frontal betrachtet wird, wie durch Simulationen einer anderen Gruppe bestätigt wurde (Selwood und Sanders, 2022). Infolgedessen muss das beobachtete Ellipsoid auf eine erhebliche Neigung zwischen der Scheibe und den Himmelsebenen zurückzuführen sein. Die Rotationsgeschwindigkeit wird dann sehr klein sein, was bedeutet, dass die Galaxie sehr wenig Dunkle Materie hat. In dieser Umgebung ist es für eine isolierte Zwerggalaxie aufgrund ihrer Masse an Sternen und Gas nicht möglich, eine kleine Menge dunkler Materie zu enthalten.

Pavel Krupa, Professor an der Universität Bonn und der Karls-Universität in Prag, sagte über den breiteren Kontext dieser Ergebnisse: „Während MOND in den bisher durchgeführten Tests gut funktioniert, verursacht der Standardansatz sehr ernste Probleme auf allen Skalen, angefangen von Zwerg Galaxien wie AGC 114905 bis hin zu kosmischen Maßstäben, wie viele unabhängige Teams gefunden haben.“

Referenz: „Die übertriebenen Neigungen von Milgromian Disc Galaxies: The Case of the Ultra-widening Galaxy AGC 114905“ von Indranil Banik, Srikanth T. Nagesh, Hosein Haghi, Pavel Kroupa, Hongsheng Zhao, 19. April 2022, Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac1073