مدل استاندارد کیهان شناسی نشان می دهد که هاله ای از ذرات ماده تاریک بیشتر کهکشان ها را احاطه کرده است. با این حال، این هاله از ماده تاریک نامرئی است، اما جرم آن کشش گرانشی قوی بر کهکشان های مجاور اعمال می کند.
مطالعه جدید توسط دانشگاه بون (آلمان) و دانشگاه سنت اندروز (اسکاتلند) این دیدگاه جهان را به چالش می کشد. نتایج نشان می‌دهد که کهکشان‌های کوتوله دومین خوشه کهکشانی نزدیک به زمین - معروف به خوشه فورناکس - عاری از چنین هاله‌های ماده تاریکی هستند.
دانشمندان، به ویژه، روشی نوآورانه برای آزمایش مدل استاندارد بر اساس مقدار معرفی کرده اند کهکشان های کوتوله توسط جزر و مدهای گرانشی کهکشان های بزرگتر مجاور مختل می شوند.
النا آسنسیو، دکتری. دانشجوی دانشگاه بن و نویسنده اصلی داستان، گفت: جزر و مد زمانی به وجود می آید که گرانش یک بدن به طور متفاوتی بر روی قسمت های مختلف بدن دیگر می کشد. اینها شبیه جزر و مد روی زمین هستند که به این دلیل به وجود می آیند که ماه به سمتی از زمین که رو به ماه است، با شدت بیشتری می کشد.
پاول کروپا، استاد دانشگاه بن و دانشگاه چارلز در پراگ، گفت: خوشه فورناکس دارای جمعیتی غنی از کهکشان های کوتوله است. مشاهدات اخیر نشان می دهد که برخی از این کوتوله ها تحریف شده به نظر می رسند که گویی محیط خوشه آنها را آشفته کرده است.
طبق مدل استاندارد چنین آشفتگی هایی در کوتوله های Fornax انتظار نمی رود. این به این دلیل است که، با توجه به مدل استاندارداز ماده تاریک هاله‌های این کوتوله‌ها باید تا حدی از آنها در برابر جزر و مد ایجاد شده توسط خوشه محافظت کند.
بر اساس ویژگی های داخلی و فاصله از مرکز خوشه گرانشی قوی، نویسندگان سطح مورد انتظار اختلال کوتوله ها را محاسبه کردند. کهکشان‌های بزرگ و در عین حال کم جرم ستاره‌ای و کهکشان‌های اطراف هسته خوشه بیشتر در معرض اختلال یا تخریب هستند. آنها نتایج را با سطح اختلالی که در تصاویر جمع آوری شده توسط تلسکوپ پیمایش VLT رصدخانه جنوبی اروپا مشاهده کرده بودند، مقایسه کردند.
النا آسنسیو می گوید، مقایسه نشان داد که اگر بخواهیم مشاهدات در مدل استاندارد را توضیح دهیم. کوتوله‌های فورناکس باید از قبل توسط گرانش از مرکز خوشه نابود شوند، حتی زمانی که جزر و مدی که در یک کوتوله ایجاد می‌کند شصت و چهار برابر ضعیف‌تر از گرانش خود کوتوله باشد.
این نه تنها غیر شهودی است، بلکه با مطالعات قبلی نیز در تضاد است، که نشان می‌دهد نیروی خارجی مورد نیاز برای برهم زدن کهکشان کوتوله تقریباً با نیروی خود گرانشی کوتوله برابر است.»
بر این اساس، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که توضیح مورفولوژی مشاهده شده کوتوله‌های فورناکس به روشی خودسازگار در مدل استاندارد غیرممکن است.
آنها تحلیل را با استفاده از دینامیک میلگرومین (MOND) تکرار کردند. نظریه MOND به جای فرض کردن هاله‌های ماده تاریک در اطراف کهکشان‌ها، اصلاح دینامیک نیوتنی را پیشنهاد می‌کند که به موجب آن گرانش در رژیم شتاب‌های کم افزایش می‌یابد.
دکتر ایندرانیل بانیک از دانشگاه سنت اندروز گفت: ما مطمئن نبودیم که کهکشان‌های کوتوله بتوانند در محیط شدید یک خوشه کهکشانی در MOND زنده بمانند، زیرا در این مدل هاله‌های ماده تاریک محافظ وجود ندارد. اما نتایج ما توافق قابل‌توجهی را بین مشاهدات و انتظارات MOND برای سطح آشفتگی کوتوله‌های فورناکس نشان می‌دهد.
آکو ونهولا از دانشگاه اولو (فنلاند) و استفن میسکه از رصدخانه جنوبی اروپا گفتند: دیدن اینکه داده‌هایی که با تلسکوپ پیمایشی VLT به‌دست‌آورده‌ایم هیجان‌انگیز است که چنین آزمایش کاملی از مدل‌های کیهانی را امکان‌پذیر می‌کند.»
پاول کروپا، یکی از اعضای حوزه های تحقیقاتی فرا رشته ای، مدل سازی و ماده در دانشگاه بن، گفت: این اولین بار نیست که مطالعه ای برای آزمایش تأثیر ماده تاریک بر دینامیک و تکامل کهکشان ها به این نتیجه رسیدند که مشاهدات زمانی بهتر توضیح داده می شوند که توسط ماده تاریک احاطه نشده باشند. تعداد انتشاراتی که ناسازگاری بین مشاهدات و پارادایم ماده تاریک را نشان می دهند، هر سال افزایش می یابد. زمان آن فرا رسیده است که منابع بیشتری را برای تئوری های امیدوارکننده سرمایه گذاری کنیم.»
دکتر Hongsheng Zhao از دانشگاه سنت اندروز اضافه کرد که شان «نتایج پیامدهای مهمی برای فیزیک بنیادی دارند. ما انتظار داریم کوتوله‌های آشفته بیشتری را در خوشه‌های دیگر پیدا کنیم، پیش‌بینی که تیم‌های دیگر باید آن را تأیید کنند.»
مرجع مجله:
- النا آسنسیو، ایندرانیل بانیک و همکاران. توزیع و مورفولوژی کهکشان های کوتوله خوشه فورناکس نشان می دهد که آنها فاقد ماده تاریک هستند. اطلاعیه های ماهانه انجمن نجوم سلطنتی، جلد 515، شماره 2، سپتامبر 2022. DOI: 10.1093/mnras/stac1765
