Standardmodellen for kosmologi antyder at en halo av mørk materiepartikler omgir de fleste galakser. Denne haloen av mørk materie er imidlertid usynlig, men massen utøver en sterk gravitasjonskraft på galakser i nærheten.
En ny studie av Universitetet i Bonn (Tyskland) og University of Saint Andrews (Skottland) utfordrer dette universets syn. Resultatene tyder på at dverggalaksene til jordens nest nærmeste galaksehop – kjent som Fornax-klyngen – er fri for slike mørk materie-haloer.
Spesielt forskere har introdusert en innovativ måte å teste standardmodellen basert på hvor mye dverggalakser blir forstyrret av gravitasjonstidevann fra nærliggende større galakser.
Elena Asencio, en Ph.D. student ved universitetet i Bonn og hovedforfatteren av historien, sa, «Tidevann oppstår når tyngdekraften fra en kropp trekker ulikt på forskjellige deler av en annen kropp. Disse ligner på tidevannet på jorden, som oppstår fordi månen trekker sterkere på den siden av jorden som vender mot månen."
Pavel Kroupa, professor ved universitetet i Bonn og Charles University i Praha, sa: "Fornax-klyngen har en rik populasjon av dverggalakser. Nyere observasjoner viser at noen av disse dvergene virker forvrengte som om klyngemiljøet har forstyrret dem.»
«Slike forstyrrelser i Fornax-dvergene forventes ikke i henhold til standardmodellen. Dette er fordi, ifølge standard modellden mørk materie glorier av disse dvergene bør delvis skjerme dem fra tidevannet som heves av klyngen.»
Basert på interne egenskaper og avstand fra det gravitasjonssterke klyngesenteret, beregnet forfatterne det forventede forstyrrelsesnivået til dvergene. Store, men likevel lave stjernegalakser og galakser rundt klynkekjernen er mer utsatt for forstyrrelser eller ødeleggelser. De kontrasterte resultatene med nivået av forstyrrelser de hadde lagt merke til i bilder samlet inn av European Southern Observatorys VLT Survey Telescope.
Elena Asencio sier, «Sammenligningen viste at hvis man ønsker å forklare observasjonene i standardmodellen. Fornax-dvergene burde allerede være ødelagt av tyngdekraften fra klyngesenteret selv når tidevannet den reiser på en dverg er sekstifire ganger svakere enn dvergens selvtyngdekraft.»
"Ikke bare er dette kontraintuitivt, men det motsier også tidligere studier, som fant at den ytre kraften som trengs for å forstyrre en dverggalakse er omtrent den samme som dvergens selvtyngdekraft."
Basert på dette konkluderte forskerne med at det er umulig å forklare de observerte morfologiene til Fornax-dvergene på en selvkonsistent måte innenfor standardmodellen.
De gjentok analysen ved å bruke Milgromian dynamics (MOND). I stedet for å anta haloer av mørk materie som omgir galakser, foreslår MOND-teorien en korreksjon til Newtonsk dynamikk der tyngdekraften opplever et løft i regimet med lave akselerasjoner.
Dr. Indranil Banik fra University of St Andrews sa, "Vi var ikke sikre på at dverggalaksene ville være i stand til å overleve det ekstreme miljøet til en galaksehop i MOND, på grunn av fraværet av beskyttende mørk materie-haloer i denne modellen. Men resultatene våre viser en bemerkelsesverdig samsvar mellom observasjoner og MOND-forventningene for forstyrrelsesnivået til Fornax-dvergene.»
Aku Venhola fra Universitetet i Oulu (Finland) og Steffen Mieske fra European Southern Observatory sa: "Det er spennende å se at dataene vi fikk med VLT-undersøkelsesteleskopet tillot en så grundig test av kosmologiske modeller."
Pavel Kroupa, et medlem av de transdisiplinære forskningsområdene, modellering og materie ved universitetet i Bonn, sa: "Dette er ikke første gang at en studie tester effekten av mørk materie på dynamikken og utviklingen av galakser konkluderte med at observasjoner er bedre forklart når de ikke er omgitt av mørk materie. Antall publikasjoner som viser inkompatibilitet mellom observasjoner og mørk materie-paradigmet fortsetter å øke hvert år. Det er på tide å begynne å investere mer ressurser i mer lovende teorier."
Dr. Hongsheng Zhao fra University of St. Andrews la til det deres "Resultater har store implikasjoner for grunnleggende fysikk. Vi forventer å finne flere forstyrrede dverger i andre klynger, en prediksjon som andre lag bør verifisere.»
Tidsreferanse:
- Elena Asencio, Indranil Banik et al. Fordelingen og morfologiene til Fornax Cluster-dverggalakser antyder at de mangler mørk materie. Månedlige kunngjøringer fra Royal Astronomical Society, bind 515, utgave 2, september 2022. DOI: 10.1093/mnras/stac1765
