En studie av gravitationsförvrängningen av dvärggalaxer verkar stödja en teori om modifierad gravitation snarare än förekomsten av mörk materia – den senare är en nyckelkomponent i standardmodellen för kosmologi.
Mörk materia är en hypotetisk substans som tros utgöra cirka 85 % av materien i universum. Dess gravitationsinflytande hindrar stora objekt som galaxer från att flyga isär när de roterar och bevis för mörk materia kan också hittas i den kosmiska mikrovågsbakgrunden – strålning som skapades kort efter Big Bang. Men trots det överflöd av indirekta bevis för mörk materia, har mörk materia partiklar aldrig upptäckts. Som ett resultat finns det andra teorier för att förklara galaxernas beteende, inklusive de som modifierar gravitationslagen.
Mörk materia tros klumpa ihop sig i glorier – stora områden av mörk materia som hålls samman av gravitationen. Halos tros spela viktiga roller i utvecklingen och utvecklingen av galaxer som Vintergatan, som i sig verkar vara omgiven av en mörk materia-gloria.
Sårbar för deformation
I den senaste forskningen har Elena Asencio vid universitetet i Bonn och kollegor letat efter bevis på mörk materia-glorier runt dvärggalaxer. Dessa är de minsta och vanligaste typerna av galaxer och kan hittas i kluster eller omgivande större galaxer som Vintergatan. På grund av sina lägre massor är dvärggalaxer särskilt känsliga för deformation av gravitationskrafter som utövas inom ett kluster eller av en närliggande större galax. Emellertid skulle dessa förvrängningar minskas om dvärggalaxerna var inkapslade i mörk materia-glorier.
För att utforska denna idé undersökte Asencio och kollegor teleskopbilder av Fornax-klustret, som vimlar av dvärggalaxer. Bilderna togs av European Southern Observatorys Very Large Telescope. Astronomerna försökte sedan reproducera observationerna med hjälp av datorsimuleringar baserade på standardmodellen för kosmologi – som inkluderar mörk materia.
Överraskande nog var detta tillvägagångssätt inte framgångsrikt. I själva verket, lagets beräkningar tyder under standardmodellen, Fornax-dvärgarna skulle slitas isär av gravitationen.
MOND-hypotes
Ivriga att upptäcka vad som höll ihop galaxerna, gjorde teamet fler simuleringar – den här gången utan mörk materia, och istället med hjälp av hypotesen Modified Newtonian Dynamics (MOND). Först utvecklad av den israeliska fysikern Mordehai Milgrom på 1980-talet, dikterar MOND att gravitationen blir starkare i regimen med låg acceleration. Denna modifiering reproducerar rotationsobservationer av galaxer men återgår till Newtons lag i miljöer med hög acceleration som solsystemet.
Galaxrotationsstudie utesluter modifierad gravitation, eller gör det?
Till skillnad från mörk materia kunde MOND reproducera Fornax-observationerna, vilket kastade nya tvivel om existensen av mörk materia. Detta är faktiskt inte den första studien som tyder på att dynamiken och utvecklingen av vissa galaxer inte kan förklaras genom att åberopa mörk materia – och antalet sådana observationer växer. MOND och andra teorier som modifierar gravitationen har dock sina egna teoretiska och observationsmässiga brister – så det är förmodligen för tidigt att ge upp en standardmodell som innehåller mörk materia.
Forskningen beskrivs i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical.
