Badanie zniekształceń grawitacyjnych galaktyk karłowatych wydaje się wspierać teorię zmodyfikowanej grawitacji, a nie istnienie ciemnej materii – ta ostatnia jest kluczowym elementem Modelu Standardowego kosmologii.
Ciemna materia to hipotetyczna substancja, która, jak się uważa, stanowi około 85% materii we wszechświecie. Jego grawitacyjny wpływ zapobiega rozlatywaniu się dużych obiektów, takich jak galaktyki, podczas ich obrotu, a dowody na ciemną materię można również znaleźć w kosmicznym mikrofalowym tle – promieniowaniu, które powstało wkrótce po Wielkim Wybuchu. Jednak pomimo wielu pośrednich dowodów na ciemną materię, nigdy nie wykryto cząstek ciemnej materii. W rezultacie istnieją inne teorie wyjaśniające zachowanie galaktyk, w tym te, które modyfikują prawo grawitacji.
Uważa się, że ciemna materia zbija się w aureole – duże obszary ciemnej materii utrzymywane razem przez grawitację. Uważa się, że halo odgrywają ważną rolę w rozwoju i ewolucji galaktyk, takich jak Droga Mleczna, która sama wydaje się być otoczona halo ciemnej materii.
Podatny na odkształcenia
W ramach ostatnich badań Elena Asencio z Uniwersytetu w Bonn wraz z kolegami szukała dowodów na występowanie halo ciemnej materii wokół galaktyk karłowatych. Są to najmniejsze i najpowszechniejsze typy galaktyk, które można znaleźć w gromadach lub otaczających większe galaktyki, takie jak Droga Mleczna. Ze względu na swoje niższe masy, galaktyki karłowate są szczególnie podatne na deformację przez siły grawitacyjne wywierane wewnątrz gromady lub przez pobliską większą galaktykę. Jednak te zniekształcenia byłyby zmniejszone, gdyby galaktyki karłowate były otoczone halo ciemnej materii.
Aby zbadać ten pomysł, Asencio wraz z kolegami zbadali zdjęcia teleskopowe gromady Fornax, która obfituje w galaktyki karłowate. Zdjęcia zostały wykonane przez Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego. Astronomowie próbowali następnie odtworzyć obserwacje za pomocą symulacji komputerowych opartych na Standardowym Modelu kosmologii – który obejmuje ciemną materię.
Co zaskakujące, takie podejście nie odniosło sukcesu. Rzeczywiście, obliczenia zespołu sugerują, że w Modelu Standardowym karły Fornax zostałyby rozerwane przez grawitację.
Hipoteza MOND
Chcąc odkryć, co trzyma galaktyki razem, zespół przeprowadził więcej symulacji – tym razem bez ciemnej materii, a zamiast tego przy użyciu hipotezy zmodyfikowanej dynamiki Newtona (MOND). Po raz pierwszy opracowany przez izraelskiego fizyka Mordehai Milgroma w latach 1980. XX wieku, MOND dyktuje, że grawitacja staje się silniejsza w reżimie niskiego przyspieszenia. Ta modyfikacja odtwarza obserwacje rotacyjne galaktyk, ale powraca do prawa Newtona w środowiskach o dużym przyspieszeniu, takich jak Układ Słoneczny.
Badanie rotacji galaktyki wyklucza zmodyfikowaną grawitację, czy tak?
W przeciwieństwie do ciemnej materii, MOND był w stanie odtworzyć obserwacje Fornax, rzucając nowe wątpliwości na istnienie ciemnej materii. Rzeczywiście, nie jest to pierwsze badanie sugerujące, że dynamiki i ewolucji niektórych galaktyk nie da się wyjaśnić przywołując ciemną materię – a liczba takich obserwacji rośnie. Jednak MOND i inne teorie modyfikujące grawitację mają swoje własne wady teoretyczne i obserwacyjne – więc prawdopodobnie jest zbyt wcześnie, aby zrezygnować z Modelu Standardowego, który zawiera ciemną materię.
Badania opisano w Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Astronomicznego.
