Kääpiögalaksien gravitaatiovääristymien tutkimus näyttää tukevan teoriaa muunnetusta painovoimasta eikä pimeän aineen olemassaolosta – jälkimmäinen on kosmologian standardimallin avainkomponentti.
Pimeä aine on hypoteettinen aine, jonka uskotaan muodostavan noin 85 % maailmankaikkeuden aineesta. Sen gravitaatiovaikutus estää suuria esineitä, kuten galakseja, lentämästä erilleen pyöriessään, ja todisteita pimeästä aineesta löytyy myös kosmisesta mikroaaltotaustasta – säteilystä, joka syntyi pian alkuräjähdyksen jälkeen. Huolimatta epäsuorista todisteista pimeästä aineesta, pimeän aineen hiukkasia ei ole koskaan havaittu. Tämän seurauksena on olemassa muita teorioita, jotka selittävät galaksien käyttäytymistä, mukaan lukien ne, jotka muuttavat gravitaatiolakia.
Pimeän aineen uskotaan paakkuuntuvan haloihin – suuriin pimeän aineen alueisiin, joita painovoima pitää yhdessä. Haloilla uskotaan olevan tärkeä rooli galaksien, kuten Linnunradan, kehityksessä ja evoluutiossa, jota itsessään näyttää olevan pimeän aineen halo.
Alttiina muodonmuutokselle
Tässä uusimmassa tutkimuksessa Elena Asencio Bonnin yliopistosta ja kollegat ovat etsineet todisteita pimeän aineen haloista kääpiögalaksien ympärillä. Nämä ovat pienimmät ja yleisimmät galaksityypit, ja niitä löytyy klusteista tai ympäröivistä suuremmista galakseista, kuten Linnunradalta. Pienempien massojensa vuoksi kääpiögalaksit ovat erityisen alttiita joukon sisällä tai lähellä olevan suuremman galaksin painovoimavoimien aiheuttamille muodonmuutoksille. Nämä vääristymät kuitenkin vähenivät, jos kääpiögalaksit verhoutuisivat pimeän aineen haloihin.
Tutkiakseen tätä ajatusta Asencio ja kollegat tutkivat teleskooppikuvia Fornax-klusterista, jossa on runsaasti kääpiögalakseja. Kuvat on otettu Euroopan eteläisen observatorion Very Large Telescope -teleskoopilla. Tähtitieteilijät yrittivät sitten toistaa havainnot tietokonesimulaatioilla, jotka perustuivat kosmologian standardimalliin, joka sisältää pimeän aineen.
Yllättäen tämä lähestymistapa ei onnistunut. Itse asiassa ryhmän laskelmat viittaavat siihen, että vakiomallissa Fornax-kääpiöt repeytyisivät painovoiman vaikutuksesta.
MOND-hypoteesi
Innokkaasti selvittämään, mikä piti galakseja yhdessä, tiimi teki lisää simulaatioita – tällä kertaa ilman pimeää ainetta ja sen sijaan Modified Newtonin Dynamics (MOND) -hypoteesia. Israelilaisen fyysikon Mordehai Milgromin 1980-luvulla kehittämä MOND sanelee, että painovoima vahvistuu alhaisen kiihtyvyyden aikana. Tämä muunnos toistaa galaksien pyörimishavainnot, mutta palaa Newtonin lakiin suuren kiihtyvyyden ympäristöissä, kuten aurinkokunnassa.
Galaksin kiertotutkimus sulkee pois muunnetun painovoiman, vai onko?
Toisin kuin pimeä aine, MOND pystyi toistamaan Fornaxin havainnot, mikä herätti uuden epäilyn pimeän aineen olemassaolosta. Tämä ei todellakaan ole ensimmäinen tutkimus, joka viittaa siihen, että joidenkin galaksien dynamiikkaa ja evoluutiota ei voida selittää käyttämällä pimeää ainetta – ja tällaisten havaintojen määrä kasvaa. MONDilla ja muilla painovoimaa muokkaavilla teorioilla on kuitenkin omat teoreettiset ja havainnointipuutteensa – joten on luultavasti liian aikaista luopua pimeää ainetta sisältävästä vakiomallista.
Tutkimusta kuvataan Royal Astronomicalin kuukausitiedotteet.
