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

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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 School of Physics and Astronomy der University of St. Andrews ergab die Forschung eine erwartete hohe Rotationsgeschwindigkeit von Gas in einer Zwerggalaxie, die mit einer zuvor widerlegten Theorie namens Milgromian Dynamics (MOND) übereinstimmt.

Eine frühere Studie der Gasrotationsgeschwindigkeit der Zwerggalaxie AGC 114905 (Mancera Pina et al., 2022) ergab, dass sich das Gas sehr langsam dreht, und behauptete daher, 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 keine dunkle Materie benötigt.

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 erwartete hohe Rotationsgeschwindigkeit mit Beobachtungen übereinstimmt, wenn die Neigung der Galaxie überschätzt wird.

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 Thema anhand einer detaillierten MOND-Simulation einer Scheibengalaxie ähnlich AGC 114905, die an der Universität Bonn von Srikanth Nagesh durchgeführt und von Pavel Kroupa, einem Professor an der Universität Bonn und der Karls-Universität in Prag, angeregt wurde. 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 bei frontaler Betrachtung wahrscheinlich sehr kreisförmig erscheinen würde, wie durch Simulationen einer anderen Gruppe bestätigt wurde (Sellwood & 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

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