Модифицированная гравитация или темная материя: вращение галактик поддерживает MoND
Темная материя — гипотетическая форма материи, которая, как считается, составляет приблизительно 85% материи во Вселенной. Темная материя называется «темной», потому что она, по-видимому, не взаимодействует с электромагнитным полем, что означает, что она не поглощает, не отражает и не испускает электромагнитное излучение и, следовательно, ее очень трудно обнаружить — ученые до сих пор не нашли прямых доказательств ее существования.
Тем не менее, темная материя является центральной частью стандартной космологической модели ΛCDM («лямбда-сидиэм»).
Однако некоторые астрономы отдают предпочтение альтернативе, такой как модифицированная ньютоновская динамика (MoND) или модифицированная гравитационная модель. И новое исследование галактического вращения, кажется, поддерживает их.
Идея MoND была вдохновлена галактическим вращением. Большая часть видимой материи в галактике сгруппирована посередине, поэтому можно было бы ожидать, что звезды ближе к центру будут иметь более высокие орбитальные скорости, чем звезды дальше, подобно планетам нашей Солнечной системы.
Ученые наблюдают, что все звезды в галактике вращаются примерно с одинаковой скоростью. Кривая вращения по существу плоская, а не падающая. Решение состоит в том, что галактики окружены ореолом невидимой материи, но в 1983 году Мордехай Милгром утверждал, что наша гравитационная модель неверна.
На межзвездных расстояниях гравитационное притяжение между звездами по существу ньютоновское. Поэтому вместо того, чтобы модифицировать общую теорию относительности, Милгром предложил модифицировать универсальный закон всемирного тяготения Ньютона.
Он утверждал, что вместо силы притяжения как чистой обратной квадратичной зависимости гравитация имеет небольшое остаточное притяжение независимо от расстояния. Этот остаток составляет всего около 10 триллионных G, но этого достаточно, чтобы объяснить кривые вращения галактики.
Конечно, простое добавление небольшого числа к гравитации Ньютона означает, что также придется модифицировать уравнения Эйнштейна. Таким образом, MoND обобщается различными способами, например, AQUAL, что означает «квадратичный лагранжиан». И AQUAL, и стандартная модель ΛCDM могут объяснить наблюдаемые кривые вращения галактики, но есть некоторые тонкие различия.
Вот тут-то и появляется недавнее исследование. Одно из различий между AQUAL и ΛCDM заключается в скорости вращения звезд внутренней орбиты по сравнению со звездами внешней орбиты.
Для ΛCDM и то, и другое должно определяться распределением вещества, поэтому кривая должна быть плавной. AQUAL предсказывает крошечный изгиб кривой из-за динамики теории. Это слишком мало для измерения в одной галактике, но статистически должен быть небольшой сдвиг между внутренним и внешним распределением скоростей.
Поэтому автор этой статьи просмотрел кривые скоростей высокого разрешения для 152 галактик, наблюдаемые в базе данных Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC). Он нашел сдвиг в согласии с AQUAL.
Данные, кажется, поддерживают модифицированную гравитацию по сравнению со стандартной космологией темной материи.
Результат впечатляет, но не опровергает полностью темную материю. У модели AQUAL есть свои проблемы, такие как несогласие с наблюдаемым гравитационным линзированием галактик. Но это большой шаг вперед для теории MoND.