Mô hình chuẩn của vũ trụ học gợi ý rằng một vầng hào quang gồm các hạt vật chất tối bao quanh hầu hết các thiên hà. Tuy nhiên, quầng vật chất tối này là vô hình, nhưng khối lượng của nó tạo ra lực hấp dẫn mạnh đối với các thiên hà ở vùng lân cận.
Một nghiên cứu mới của Đại học Bonn (Đức) và Đại học Saint Andrews (Scotland) thách thức quan điểm Vũ trụ này. Kết quả cho thấy rằng các thiên hà lùn của cụm thiên hà gần Trái đất thứ hai—được gọi là Cụm Fornax—không có quầng vật chất tối như vậy.
Đặc biệt, các nhà khoa học đã giới thiệu một cách sáng tạo để thử nghiệm mô hình chuẩn dựa trên mức độ thiên hà lùn bị xáo trộn bởi thủy triều hấp dẫn' từ các thiên hà lớn hơn gần đó.
Elena Asencio, bằng tiến sĩ. sinh viên tại Đại học Bonn và là tác giả chính của câu chuyện, cho biết, “Thủy triều phát sinh khi lực hấp dẫn từ một cơ thể tác động khác nhau lên các bộ phận khác nhau của cơ thể khác. Những điều này tương tự như thủy triều trên Trái đất, phát sinh do mặt trăng kéo mạnh hơn về phía Trái đất đối diện với mặt trăng.
Pavel Kroupa, giáo sư tại Đại học Bonn và Đại học Charles ở Praha, cho biết: “Cụm Fornax có rất nhiều thiên hà lùn. Các quan sát gần đây cho thấy rằng một số trong số những ngôi sao lùn này có vẻ méo mó như thể môi trường của cụm sao đã làm nhiễu chúng.”
“Những nhiễu loạn như vậy ở các sao lùn Fornax không được mong đợi theo Mô hình Chuẩn. Điều này là do, theo các mẫu tiêu chuẩn, Các vật chất tối vầng hào quang của những ngôi sao lùn này sẽ phần nào che chắn chúng khỏi thủy triều do quần tinh dâng lên.”
Dựa trên các đặc điểm bên trong và khoảng cách từ trung tâm cụm sao hấp dẫn, các tác giả đã tính toán mức độ xáo trộn dự kiến của các sao lùn. Các thiên hà khối lượng sao lớn nhưng thấp và các thiên hà xung quanh lõi cụm sao dễ bị gián đoạn hoặc phá hủy hơn. Họ đối chiếu kết quả với mức độ gián đoạn mà họ đã nhận thấy trong các hình ảnh do Kính viễn vọng Khảo sát VLT của Đài thiên văn Nam châu Âu thu thập.
Elena Asencio nói, “sự so sánh cho thấy rằng nếu một người muốn giải thích các quan sát trong mô hình chuẩn. Các sao lùn Fornax lẽ ra đã bị lực hấp dẫn từ trung tâm cụm tiêu diệt ngay cả khi thủy triều mà nó dâng lên một sao lùn yếu hơn sáu mươi bốn lần so với lực tự hấp dẫn của sao lùn đó.”
“Điều này không chỉ phản trực giác mà còn mâu thuẫn với các nghiên cứu trước đây, vốn phát hiện ra rằng lực bên ngoài cần thiết để làm xáo trộn một thiên hà lùn cũng giống như lực hấp dẫn của chính ngôi sao lùn đó.”
Dựa trên điều này, các nhà khoa học kết luận rằng không thể giải thích các hình thái quan sát được của những người lùn Fornax theo cách tự nhất quán trong mô hình chuẩn.
Họ lặp lại phân tích bằng động lực học Milgromian (MOND). Thay vì giả sử các quầng vật chất tối bao quanh các thiên hà, lý thuyết MOND đề xuất một sự điều chỉnh đối với động lực học Newton theo đó lực hấp dẫn trải qua một sự gia tăng trong chế độ gia tốc thấp.
Tiến sĩ Indranil Banik từ Đại học St Andrews cho biết, “Chúng tôi không chắc rằng các thiên hà lùn có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt của cụm thiên hà ở MOND, do không có quầng vật chất tối bảo vệ trong mô hình này. Nhưng kết quả của chúng tôi cho thấy có sự thống nhất đáng chú ý giữa các quan sát và kỳ vọng của MOND đối với mức độ xáo trộn của các sao lùn Fornax.”
Aku Venhola từ Đại học Oulu (Phần Lan) và Steffen Mieske từ Đài thiên văn Nam châu Âu cho biết, “Thật thú vị khi thấy rằng dữ liệu chúng tôi thu được bằng kính viễn vọng khảo sát VLT cho phép kiểm tra kỹ lưỡng các mô hình vũ trụ.”
Pavel Kroupa, một thành viên của các lĩnh vực nghiên cứu xuyên ngành, mô hình hóa và vật chất tại Đại học Bonn, cho biết: “Đây không phải là lần đầu tiên một nghiên cứu thử nghiệm tác động của vật chất tối đối với động lực học và sự phát triển của các thiên hà kết luận rằng các quan sát được giải thích tốt hơn khi chúng không bị vật chất tối bao quanh. Số lượng ấn phẩm cho thấy sự không tương thích giữa các quan sát và mô hình vật chất tối không ngừng tăng lên hàng năm. Đã đến lúc bắt đầu đầu tư nhiều nguồn lực hơn vào các lý thuyết hứa hẹn hơn.”
Tiến sĩ Hongsheng Zhao từ Đại học St Andrews nói thêm rằng cung cấp their dịch “Kết quả có ý nghĩa quan trọng đối với vật lý cơ bản. Chúng tôi hy vọng sẽ tìm thấy nhiều sao lùn bị xáo trộn hơn trong các cụm khác, một dự đoán mà các đội khác nên xác minh.”
Tạp chí tham khảo:
- Elena Asencio, Indranil Banik và cộng sự. Sự phân bố và hình thái của các thiên hà lùn Fornax Cluster cho thấy chúng thiếu vật chất tối. Thông báo hàng tháng của Hiệp hội Thiên văn Hoàng gia, Tập 515, Số 2, Tháng 2022 năm XNUMX. DOI: 10.1093 / mnras / stac1765
