Kääbusgalaktikate gravitatsioonimoonutuste uuring näib toetavat pigem modifitseeritud gravitatsiooni teooriat kui tumeaine olemasolu – viimane on kosmoloogia standardmudeli põhikomponent.
Tumeaine on hüpoteetiline aine, mis arvatavasti moodustab umbes 85% universumi ainest. Selle gravitatsiooniline mõju takistab suurte objektide, näiteks galaktikate pöörlemisel lahku lendamist ja tõendeid tumeaine kohta võib leida ka kosmilise mikrolaine taustal – kiirgusel, mis tekkis vahetult pärast Suurt Pauku. Vaatamata kaudsete tõendite rohkusele tumeaine kohta ei ole tumeaine osakesi aga kunagi avastatud. Selle tulemusena on galaktikate käitumise selgitamiseks olemas ka teisi teooriaid, sealhulgas neid, mis muudavad gravitatsiooniseadust.
Arvatakse, et tumeaine koondub kokku halodeks – suurteks tumeaine piirkondadeks, mida hoiab koos gravitatsioon. Arvatakse, et halod mängivad olulist rolli galaktikate, nagu Linnutee, arengus ja evolutsioonis, mis näib olevat ümbritsetud tumeaine haloga.
Deformatsioonile tundlik
Selles viimases uuringus on Elena Asencio Bonni ülikoolist ja tema kolleegid otsinud tõendeid kääbusgalaktikate ümbritsevate tumeaine halode kohta. Need on väikseimad ja levinumad galaktikate tüübid ning neid võib leida parvedes või ümbritsevates suuremates galaktikates, nagu Linnutee. Oma väiksema massi tõttu on kääbusgalaktikad eriti vastuvõtlikud parve või lähedalasuva suurema galaktika gravitatsioonijõudude poolt avalduvatele deformatsioonidele. Kuid need moonutused väheneksid, kui kääbusgalaktikad oleksid ümbritsetud tumeaine halodega.
Selle idee uurimiseks uurisid Asencio ja kolleegid teleskoobipilte Fornaxi parvest, kus on palju kääbusgalaktikaid. Pildid on tehtud Euroopa lõunaobservatooriumi väga suure teleskoobiga. Seejärel püüdsid astronoomid vaatlusi reprodutseerida arvutisimulatsioonide abil, mis põhinesid kosmoloogia standardmudelil, mis hõlmab tumeainet.
Üllataval kombel see lähenemine ei olnud edukas. Tõepoolest, meeskonna arvutused näitavad, et standardmudeli korral rebiks Fornaxi kääbused gravitatsiooni tõttu osadeks.
MONDi hüpotees
Soovides teada saada, mis galaktikaid koos hoiab, tegi meeskond rohkem simulatsioone – seekord ilma tumeaineta ja kasutas selle asemel modifitseeritud Newtoni dünaamika (MOND) hüpoteesi. Esmakordselt 1980ndatel Iisraeli füüsiku Mordehai Milgromi poolt välja töötatud MOND dikteerib, et gravitatsioon muutub madala kiirenduse korral tugevamaks. See modifikatsioon kordab galaktikate pöörlemisvaatlusi, kuid pöördub suure kiirendusega keskkondades, näiteks päikesesüsteemis tagasi Newtoni seaduse juurde.
Galaktika pöörlemise uuring välistab modifitseeritud gravitatsiooni või on nii?
Erinevalt tumeainest suutis MOND Fornaxi tähelepanekuid reprodutseerida, tekitades uue kahtluse tumeaine olemasolus. Tõepoolest, see ei ole esimene uuring, mis viitab sellele, et mõnede galaktikate dünaamikat ja evolutsiooni ei saa seletada tumeaine kutsumisega – ja selliste vaatluste arv kasvab. MONDil ja teistel gravitatsiooni muutvatel teooriatel on aga oma teoreetilised ja vaatluslikud puudused – seega on ilmselt liiga vara loobuda tumeainet sisaldavast standardmudelist.
Uuringut kirjeldatakse artiklis Kuningliku astronoomia igakuised teated.
