Новые измерения вращения галактик склоняют к модифицированной гравитации как объяснению темной материи

Несмотря на многочисленные поиски, еще предстоит обнаружить частицы темной материи. Поэтому некоторые астрономы предпочитают альтернативу, такую как Модифицированная ньютоновская динамика (MoND) или модифицированная гравитационная модель. И новое исследование галактического вращения поддерживает их.

Идея MoND была вдохновлена галактическим вращением. Большая часть видимой материи в галактике сгруппирована посередине, поэтому можно ожидать, что у звезд ближе к центру будут более высокие орбитальные скорости, чем звезды дальше, как планеты Солнечной системы. Мы наблюдаем, что все звезды в галактике вращаются примерно с одинаковой скоростью. Кривая вращения по существу плоская, а не падающая. Решение темной материи состоит в том, что галактики окружены ореолом невидимой материи, но в 1983 году Мордехай Милгром утверждал, что наша гравитационная модель неверна.

На межзвездных расстояниях гравитационное притяжение между звездами по существу ньютоновское. Поэтому вместо того, чтобы модифицировать Общую теорию относительности, Милгром предложил модифицировать универсальный закон всемирного тяготения Ньютона. Он утверждал, что вместо силы притяжения как чистой обратной квадратичной зависимости гравитация имеет небольшое остаточное притяжение независимо от расстояния. Этот остаток составляет всего около 10 триллионных G, но этого достаточно, чтобы объяснить кривые вращения галактики.

Конечно, простое добавление небольшого члена к гравитации Ньютона означает, что также придется модифицировать уравнения Эйнштейна. Таким образом, MoND обобщается различными способами, например, AQUAL, что означает «квадратичный лагранжиан». И AQUAL, и стандартная модель Лямбда-CDM могут объяснить наблюдаемые кривые вращения галактики, но есть некоторые тонкие различия.

Вот тут-то и появляется недавнее исследование. Одно из различий между AQUAL и Лямбда-CDM заключается в скорости вращения звезд внутренней орбиты по сравнению со звездами внешней орбиты. Для Лямбда-CDM и то, и другое должно определяться распределением вещества, поэтому кривая должна быть плавной. AQUAL предсказывает крошечный изгиб кривой из-за динамики теории. Это слишком мало для измерения в одной галактике, но статистически должен быть небольшой сдвиг между внутренним и внешним распределением скоростей.

Поэтому автор статьи просмотрел кривые скоростей высокого разрешения для 152 галактик, наблюдаемые в базе данных Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC). Он нашел сдвиг в согласии с AQUAL. Данные поддерживают модифицированную гравитацию по сравнению со стандартной космологией темной материи.

Результат впечатляет, но он не опровергает полностью темную материю. У модели AQUAL есть свои проблемы, такие как несогласие с наблюдаемым гравитационным линзированием галактик. Но это победа теории аутсайдера, которой некоторые астрономы аплодируют «Vive le MonD!»

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.