En ny titt på galaxernas rotation räddar den kontroversiella teorin om gravitation

Studien, ledd av Dr Indranil Banik från School of Physics and Astronomy i St Andrews, har hittat en hög förutspådd rotationshastighet för gasen i dvärggalaxen, vilket överensstämmer med en tidigare motbevisad teori känd som Milgromian Dynamics (MOND) . En tidigare studie av gasens rotationshastighet i dvärggalaxen AGC 114905 visade att gasen roterar mycket långsamt och förklarade MOND-teorin död.

Sådana teorier är nödvändiga för att förstå vårt universum eftersom galaxer, enligt känd fysik, snurrar så snabbt att de borde sprängas isär. MOND, ett kontroversiellt alternativ till det rådande Allmän relativitetsteori – Den Einstein-inspirerade förståelsen av gravitation, som kräver mörk materia för att hålla samman galaxer – kräver inte mörk materia. Eftersom mörk materia aldrig har upptäckts, trots årtionden av noggranna sökningar, har olika teorier lagts fram för att förklara vad som håller ihop galaxer, och debatten rasar om vilken som har rätt. Den mycket låga rotationshastigheten som rapporterats i studien av Mancera Pina et al är oförenlig med förutsägelser för ett universum som styrs av allmän relativitet med rikligt med mörk materia.

Dr. Baniks grupp säger att den höga rotationshastigheten som förutspås av MOND-teorin om gravitation överensstämmer med observationer om galaxens lutning är för hög.

Rotationen av stjärnor och gas i avlägsna galaxer kan inte mätas direkt. Endast komponenten längs siktlinjen är känd från exakta spektroskopiska mätningar. Om du tittar på galaxen nästan ansikte mot ansikte kommer den mestadels att rotera i himlens plan. Detta kan vilseleda observatörer att tro att galaxen faktiskt roterar mycket långsamt, vilket kräver att de överskattar lutningen mellan skivan och himlens plan. Detta sätt att uppskatta hur elliptisk en galax ser ut att vara.

Den nya studien utforskade denna viktiga fråga med hjälp av detaljerade MOND-simuleringar av en skivgalax som liknar AGC 114905, utförd vid universitetet i Bonn av Srikanth Nagesh och Pavel Krupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag. Simuleringar visar att den kan se något elliptisk ut, även när den ses framåt. Detta beror på att stjärnorna och gasen i galaxen har gravitation och kan dras till en något icke-cirkulär form. En liknande process orsakar spiralarmar i skivgalaxer, som är så vanliga att de ofta kallas spiralgalaxer.

Som ett resultat kan galaxen vara mycket närmare betraktaren än vad observatörer trodde. Detta kan innebära att galaxen roterar mycket snabbare än vad som rapporterats, vilket tar en belastning från MOND.

Dr. Banick, huvudförfattare till den nya studien, sa: "Våra simuleringar visar att lutningen på AGC 114905 kan vara betydligt mindre än vad som rapporterats, vilket betyder att galaxen faktiskt roterar mycket snabbare än vad folk tror enligt MONDs förväntningar." Dr Hongsheng Zhao, från School of Physics and Astronomy vid University of St Andrews, sa: "Den mycket låga registrerade rotationshastigheten för denna galax är oförenlig med både MOND och standardmetoden för mörk materia. Men bara MOND kan kringgå denna motsägelse."

Den nya studien hävdar också att en liknande "falsk lutning"-effekt sannolikt inte kommer att inträffa under Standard Dark Matter Approach eftersom galaxen domineras av en slät mörk materia-halo. Stjärnorna och gasen har liten effekt på gravitationen, så skivan är inte "självgraviterande".

Det betyder att den troligen kommer att se väldigt rund ut när den ses direkt, vilket stöds av simuleringar utförda av en annan grupp. Som ett resultat måste den observerade ellipticiteten bero på en betydande lutning mellan skivan och himlens plan. I det här fallet blir rotationshastigheten mycket låg, vilket innebär att det finns lite mörk materia i galaxen. I detta synsätt är det omöjligt för en isolerad dvärggalax att ha en så liten mängd mörk materia, med tanke på hur mycket massa den har i form av stjärnor och gas.

Pavlo Krupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag, sa om det bredare sammanhanget för dessa resultat: "Även om MOND presterar bra i de tester som utförs, orsakar standardmetoden mycket allvarliga problem på alla skalor, från dvärggalaxer som AGC 114905 till de kosmologiska skalorna som hittats av många oberoende grupper".

Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.

Läs också:

• Hubble och universums expansion: För 30 år sedan började rymdteleskopet sitt uppdrag
• Mänskligheten har stora planer på att bryta mineraler i rymden, men det finns många "men"