Kosmologian standardimalli viittaa siihen, että pimeän aineen hiukkasten halo ympäröi useimpia galakseja. Tämä pimeän aineen halo on kuitenkin näkymätön, mutta sen massa kohdistaa voimakkaan painovoiman läheisyydessä oleviin galakseihin.
Uusi tutkimus Bonnin yliopisto (Saksa) ja Saint Andrewsin yliopisto (Skotlanti) haastaa tämän maailmankaikkeuden näkemyksen. Tulokset viittaavat siihen, että Maan toiseksi lähimmän galaksijoukon – Fornax-joukona – kääpiögalakseissa ei ole tällaisia pimeän aineen haloja.
Erityisesti tutkijat ovat ottaneet käyttöön innovatiivisen tavan testata standardimallia sen perusteella, kuinka paljon kääpiögalaksit läheisten suurempien galaksien gravitaatiovedet häiritsevät niitä.
Elena Asencio, tohtori Bonnin yliopiston opiskelija ja tarinan johtava kirjoittaja sanoi, "Vuovesi syntyy, kun yhdestä kappaleesta tuleva painovoima vetää eri tavalla toisen kehon eri osia. Nämä ovat samanlaisia kuin maan päällä olevat vuorovedet, jotka syntyvät, koska kuu vetää voimakkaammin Maan kuuta kohti olevaa puolta."
Pavel Kroupa, professori Bonnin yliopistosta ja Kaarlen yliopistosta Prahassa, sanoi: "Fornax-klusterissa on runsaasti kääpiögalakseja. Viimeaikaiset havainnot osoittavat, että jotkut näistä kääpiöistä näyttävät vääristyneiltä, ikään kuin klusteriympäristö olisi häirinnyt niitä."
"Tällaisia häiriöitä Fornax-kääpiöissä ei ole odotettavissa vakiomallin mukaan. Tämä johtuu siitä, että standardimalli, The pimeä aine näiden kääpiöiden halojen pitäisi osittain suojata niitä klusterin nostattamilta vuorovediltä."
Sisäisten ominaisuuksien ja etäisyyden painovoimaisesti vahvasta klusterin keskustasta perusteella kirjoittajat laskivat kääpiöiden odotetun häiriötason. Suuret mutta pieni tähtimassaiset galaksit ja galaksit klusterin ytimen ympärillä ovat alttiimpia häiriöille tai tuhoutumiselle. He vastasivat tuloksia Euroopan eteläisen observatorion VLT-tutkimusteleskoopin kuvissa havaitsemiensa häiriöiden tasoon.
Elena Asencio sanoo, ”Vertailu osoitti, että jos halutaan selittää havaintoja standardimallissa. Fornax-kääpiöt pitäisi jo tuhota painovoiman vaikutuksesta klusterin keskustasta, vaikka sen nostamat vuorovedet kääpiölle olisivat kuusikymmentäneljä kertaa heikompia kuin kääpiön itsepainovoima."
"Tämä ei ole pelkästään intuitiivista, vaan se on myös ristiriidassa aikaisempien tutkimusten kanssa, joiden mukaan kääpiögalaksin häiritsemiseen tarvittava ulkoinen voima on suunnilleen sama kuin kääpiön omapainovoima."
Tämän perusteella tutkijat päättelivät, että on mahdotonta selittää Fornax-kääpiöiden havaittuja morfologioita itsestään johdonmukaisella tavalla standardimallissa.
He toistivat analyysin käyttämällä Milgromian dynamiikkaa (MOND). Sen sijaan, että MOND-teoria olettaisi galakseja ympäröivän pimeän aineen haloja, se ehdottaa korjausta newtonilaiseen dynamiikkaan, jolla painovoima kokee tehostuksen pienten kiihtyvyyksien järjestelmässä.
Tohtori Indranil Banik St Andrewsin yliopistosta sanoi, "Emme olleet varmoja, pystyisivätkö kääpiögalaksit selviytymään galaksijoukon äärimmäisestä ympäristöstä MONDissa, koska tässä mallissa ei ole suojaavia pimeän aineen haloja. Mutta tuloksemme osoittavat merkittävän yhtäpitävyyden havaintojen ja MOND-odotusten välillä Fornax-kääpiöiden häiriötasosta.
Aku Venhola Oulun yliopistosta (Suomi) ja Steffen Mieske Euroopan eteläisestä observatoriosta kertoivat. "On jännittävää nähdä, että VLT-tutkimusteleskoopilla saamamme tiedot mahdollistivat näin perusteellisen kosmologisten mallien testin."
Pavel Kroupa, Bonnin yliopiston poikkitieteellisten tutkimusalueiden, mallinnuksen ja materiaalin jäsen, sanoi: "Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun tutkimus testaa pimeän aineen vaikutusta dynamiikkaan ja galaksien evoluutio päätteli, että havainnot selittyvät paremmin, kun niitä ei ympäröi pimeä aine. Havaintojen ja pimeän aineen paradigman välisiä ristiriitoja osoittavien julkaisujen määrä kasvaa joka vuosi. On aika alkaa investoida enemmän resursseja lupaavampiin teorioihin."
Tri Hongsheng Zhao St Andrewsin yliopistosta lisäsi sen heidän "Tuloksilla on suuri merkitys perusfysiikkaan. Odotamme löytävämme enemmän häiriintyneitä kääpiöitä muista klustereista, mikä on ennuste, joka muiden ryhmien tulee varmistaa."
Lehden viite:
- Elena Asencio, Indranil Banik et ai. Fornax Cluster -kääpiögalaksien jakautuminen ja morfologiat viittaavat siihen, että niistä puuttuu pimeä aine. Kuukausittaiset ilmoitukset Royal Astronomical Society -tapahtumasta, osa 515, numero 2, syyskuu 2022. DOI: 10.1093/mnras/stac1765
