Standardmodellen för kosmologi antyder att en halo av mörk materia partiklar omger de flesta galaxer. Denna halo av mörk materia är dock osynlig, men dess massa utövar en stark gravitationskraft på galaxer i närheten.
En ny studie av Universitetet i Bonn (Tyskland) och University of Saint Andrews (Skottland) utmanar denna syn på universum. Resultaten tyder på att dvärggalaxerna i jordens näst närmaste galaxhop – känd som Fornax-klustern – är fria från sådana mörk materia-halos.
Särskilt forskare har introducerat ett innovativt sätt att testa standardmodellen baserat på hur mycket dvärggalaxer störs av gravitationell tidvatten från närliggande större galaxer.
Elena Asencio, en Ph.D. student vid universitetet i Bonn och huvudförfattaren till berättelsen, sa, "Tidvatten uppstår när gravitationen från en kropp drar olika på olika delar av en annan kropp. Dessa liknar tidvatten på jorden, som uppstår eftersom månen drar starkare på den sida av jorden som är vänd mot månen."
Pavel Kroupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag, sa: "Fornax-klustret har en rik population av dvärggalaxer. Nya observationer visar att vissa av dessa dvärgar verkar förvrängda som om klustermiljön har stört dem."
– Sådana störningar hos Fornax-dvärgarna förväntas inte enligt standardmodellen. Detta beror enligt standardmodell, den mörk materia glorier av dessa dvärgar bör delvis skydda dem från tidvatten som höjs av klustret."
Baserat på interna egenskaper och avstånd från det gravitationsmässigt starka klustercentrum, beräknade författarna den förväntade störningsnivån hos dvärgarna. Stora men ändå låga stjärnmassagalaxer och galaxer runt klusterkärnan är mer mottagliga för störningar eller förstörelse. De kontrasterade resultaten med nivån av störningar de hade märkt i bilder som samlats in av European Southern Observatorys VLT Survey Telescope.
Elena Asencio säger, ”Jämförelsen visade att om man vill förklara observationerna i standardmodellen. Fornax-dvärgarna borde redan förstöras av gravitationen från klustercentrum även när tidvattnet den höjer på en dvärg är sextiofyra gånger svagare än dvärgens självgravitation.”
"Detta är inte bara kontraintuitivt, utan det motsäger också tidigare studier, som fann att den yttre kraft som behövs för att störa en dvärggalax är ungefär densamma som dvärgens självgravitation."
Baserat på detta drog forskarna slutsatsen att det är omöjligt att förklara de observerade morfologierna hos Fornax-dvärgarna på ett självständigt sätt inom standardmodellen.
De upprepade analysen med Milgromian dynamics (MOND). Istället för att anta halos av mörk materia som omger galaxer, föreslår MOND-teorin en korrigering av den newtonska dynamiken genom vilken gravitationen upplever ett uppsving i regimen med låga accelerationer.
Dr Indranil Banik från University of St Andrews sa, "Vi var inte säkra på att dvärggalaxerna skulle kunna överleva den extrema miljön i en galaxhop i MOND, på grund av frånvaron av skyddande mörk materia-halos i denna modell. Men våra resultat visar en anmärkningsvärd överensstämmelse mellan observationer och MOND-förväntningarna på störningsnivån hos Fornax-dvärgarna.”
Aku Venhola från Uleåborgs universitet (Finland) och Steffen Mieske från European Southern Observatory sa, "Det är spännande att se att de data vi fick med VLT-undersökningsteleskopet möjliggjorde ett så grundligt test av kosmologiska modeller."
Pavel Kroupa, en medlem av de transdisciplinära forskningsområdena, modellering och materia vid universitetet i Bonn, sa: ”Det här är inte första gången som en studie som testar effekten av mörk materia på dynamiken och galaxernas utveckling drog slutsatsen att observationer är bättre förklarade när de inte är omgivna av mörk materia. Antalet publikationer som visar inkompatibiliteter mellan observationer och mörk materiaparadigmet fortsätter att öka för varje år. Det är dags att börja investera mer resurser i mer lovande teorier.”
Dr. Hongsheng Zhao från University of St Andrews lade till det deras "Resultat har stora konsekvenser för fundamental fysik. Vi förväntar oss att hitta fler störda dvärgar i andra kluster, en förutsägelse som andra lag borde verifiera."
Tidskriftsreferens:
- Elena Asencio, Indranil Banik et al. Distributionen och morfologierna för Fornax Cluster-dvärggalaxer tyder på att de saknar mörk materia. Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society, volym 515, nummer 2, september 2022. DOI: 10.1093/mnras/stac1765
