Brak śladu po halo ciemnej materii

Oznaki zaburzeń w galaktykach karłowatych jednej z najbliższych Ziemi gromad galaktyk wskazują na alternatywną teorię grawitacji.

Galaktyka karłowata NGC 1427A przelatuje przez gromadę galaktyk w Piecu i ulega zaburzeniom, które nie byłyby możliwe, gdyby galaktyka ta była otoczona ciężkim i rozciągniętym halo z ciemnej materii, czego wymaga standardowa kosmologia. Źródło: ESO.

Zgodnie ze standardowym modelem kosmologicznym, zdecydowana większość galaktyk jest otoczona przez halo cząstek ciemnej materii. To halo jest niewidoczne, ale jego masa silnie przyciąga grawitacyjnie galaktyki znajdujące się w pobliżu. Nowe badanie  prowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Bonn i Uniwersytetu w Saint Andrews (Szkocja) podważa ten pogląd na Wszechświat. Wyniki sugerują, że galaktyki karłowate drugiej najbliższej Ziemi gromady galaktyk – znanej jako Gromada w Piecu – są wolne od takich halo ciemnej materii. Badanie ukazało się w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Galaktyki karłowate to małe, słabe galaktyki, które zwykle można znaleźć w gromadach galaktyk lub w pobliżu większych galaktyk. Z tego powodu mogą być dotknięte efektami grawitacyjnymi swoich większych towarzyszy. Przedstawiamy innowacyjny sposób testowania modelu standardowego oparty na tym, jak bardzo odległe galaktyki karłowate są zaburzone przez grawitacyjne pływy z pobliskich większych galaktyk – powiedziała Elena Asencio, doktorantka na Uniwersytecie w Bonn i główna autorka artykułu. Pływy powstają, gdy grawitacja z jednego ciała przyciąga w różny sposób różne części innego ciała. Są one podobne do pływów na Ziemi powstających, gdy Księżyc silniej oddziałuje na tę stronę Ziemi, która jest zwrócona w jego kierunku.

Gromada w Piecu posiada bogatą populację galaktyk karłowatych. Ostatnie obserwacje pokazują, że niektóre z nich wydają się zniekształcone, tak jakby były zaburzane przez środowisko gromady. Takie zaburzenia w gromadach karłowatych Gromady w Piecu nie są oczekiwane wg. modelu standardowego – powiedział Pavel Kroupa, profesor Uniwersytetu w Bonn i Uniwersytetu Karola w Pradze. Dzieje się tak dlatego, że zgodnie z modelem standardowym, halo ciemnej materii tych galaktyk karłowatych powinno częściowo osłaniać je przed pływami unoszonymi przez gromadę.

Autorzy przeanalizowali oczekiwany poziom zaburzeń galaktyk karłowatych, który zależy od ich wewnętrznych właściwości oraz odległości od potężnego grawitacyjnego centrum gromady. Galaktyki o dużych rozmiarach, ale małych masach gwiazdowych oraz galaktyki znajdujące się blisko centrum gromady łatwiej ulegają zaburzeniom lub zniszczeniu. Wyniki porównali z obserwowanym przez siebie poziomem zaburzeń widocznym na zdjęciach wykonanych przez VLT Survey Telescope.

Porównanie pokazało, że jeżeli chce się wyjaśnić obserwacje w modelu standardowym, galaktyki karłowate z Gromady w Piecu powinny być już zniszczone przez grawitację z centrum gromady nawet wtedy, gdy pływy, które ona wywiera na nie są sześćdziesiąt cztery razy słabsze niż własna grawitacja galaktyk karłowatych – powiedziała Elena Asencio. Jest to nie tylko sprzeczne z intuicją, ale także z poprzednimi badaniami, które wykazały, że wewnętrzna siła potrzebna do zaburzenia galaktyki karłowatej jest mniej więcej taka sama jak własna grawitacja galaktyk karłowatych.

Sprzeczność z modelem standardowym
Na tej podstawie autorzy doszli do wniosku, że w modelu standardowym nie da się wyjaśnić obserwowanych morfologii galaktyk karłowatych Gromady w Piecu w sposób spójny. Powtórzyli analizę z wykorzystaniem zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej (MOND) Zamiast zakładać halo ciemnej materii otaczającej galaktyki, teoria MOND proponuje poprawkę do dynamiki newtonowskiej, dzięki której grawitacja doświadcza wzmocnienia w reżimach niskich przyspieszeń.

Nie byliśmy pewni, czy galaktyki karłowate będą w stanie przetrwać ekstremalne środowisko gromady galaktyk w MOND, ze względu na brak ochrony halo ciemnej materii w tym modelu – przyznał dr Indranil Banik z University of St Andrews. Nasze wyniki pokazują niezwykłą zgodność między obserwacjami a oczekiwaniami MOND co do poziomu zaburzeń galaktyk karłowatych Gromady w Piecu.

To ekscytujące, że dane, które uzyskaliśmy za pomocą przeglądu VLT, pozwoliły na tak dokładne przetestowanie modeli kosmologicznych – powiedzieli Aku Venhola z Uniwersytetu w Oulu (Finlandia) i Steffen Mieske z Europejskiego Obserwatorium Południowego, współautorzy pracy.

To nie pierwszy raz, gdy w badaniu sprawdzającym wpływ ciemnej materii na dynamikę i ewolucję galaktyk stwierdzono, że obserwacje są lepiej wyjaśnione, gdy nie otacza je halo ciemnej materii. Liczba publikacji pokazujących niezgodności między obserwacjami a paradygmatem ciemnej materii po prostu rośnie z każdym rokiem. Nadszedł czas, aby zacząć inwestować więcej środków w bardziej obiecujące teorie – powiedział Pavel Kroupa, członek Transdyscyplinarnych Obszarów Badawczych "Modelowanie" i "Materia" na Uniwersytecie w Bonn.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Astronomowie są świadkami, jak umierająca gwiazda osiąga swój koniec