För första gången, forskare från universiteten i Bonn och Strasbourg har simulerat bildandet av galaxer i ett universum utan mörk materia. För att replikera denna process på datorn, de har istället modifierat Newtons gravitationslagar. Galaxerna som skapades i datorberäkningarna liknar de vi faktiskt ser idag. Enligt forskarna, deras antaganden skulle kunna lösa många mysterier inom modern kosmologi. Resultaten publiceras i Astrofysisk tidskrift .

Dagens kosmologer antar att materia inte fördelades helt jämnt efter Big Bang. De tätare platserna drog till sig mer materia från sin omgivning på grund av sina starkare gravitationskrafter. Under flera miljarder år, dessa ansamlingar av gas bildade så småningom de galaxer vi ser idag.

En viktig ingrediens i denna teori är den så kallade mörka materian. Å ena sidan, det sägs vara ansvarigt för den initiala ojämna fördelningen som ledde till agglomerationen av gasmolnen. Det förklarar också några förbryllande observationer. Till exempel, stjärnor i roterande galaxer rör sig ofta så snabbt att de egentligen borde kastas ut. Det verkar som om det finns ytterligare en tyngdkraftskälla i galaxerna som förhindrar detta — ett slags "stjärnspackel" som inte kan ses med teleskop:mörk materia.

Dock, det finns fortfarande inga direkta bevis för dess existens. "Kanske gravitationskrafterna själva beter sig helt enkelt annorlunda än man tidigare trott, " förklarar Prof. Dr. Pavel Kroupa från Helmholtz-institutet för strålning och kärnfysik vid universitetet i Bonn och det astronomiska institutet vid Charles University i Prag. Denna teori bär förkortningen MOND (MOdified Newtonian Dynamics); den upptäcktes av israelen fysiker Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Enligt teorin, attraktionen mellan två massor lyder Newtons lagar endast upp till en viss punkt. Under mycket låga accelerationer, som är fallet i galaxer, den blir betydligt starkare. Det är därför galaxer inte går isär på grund av deras rotationshastighet.

Resultat nära verkligheten

"I samarbete med Dr. Benoit Famaey i Strasbourg, vi har nu för första gången simulerat om galaxer skulle bildas i ett MOND-universum och i så fall, vilka, " säger Kroupas doktorand Nils Wittenburg. För att göra detta använde han ett datorprogram för komplexa gravitationsberäkningar som utvecklades i Kroupas grupp. För med MOND, en kropps attraktion beror inte bara på dess egen massa, men också på om andra föremål finns i dess närhet.

Forskarna använde sedan denna programvara för att simulera bildandet av stjärnor och galaxer, utgående från ett gasmoln flera hundra tusen år efter Big Bang. "I många aspekter, våra resultat ligger anmärkningsvärt nära det vi faktiskt observerar med teleskop, " förklarar Kroupa. Till exempel, fördelningen och hastigheten för stjärnorna i de datorgenererade galaxerna följer samma mönster som kan ses på natthimlen. "Vidare, vår simulering resulterade mestadels i bildandet av roterande skivgalaxer som Vintergatan och nästan alla andra stora galaxer vi känner, " säger vetenskapsmannen. "Simuleringar av mörk materia, å andra sidan, skapar övervägande galaxer utan distinkta materieskivor - en diskrepans till observationerna som är svår att förklara."

Beräkningar baserade på förekomsten av mörk materia är också mycket känsliga för förändringar i vissa parametrar, som frekvensen av supernovor och deras effekt på materiens fördelning i galaxer. I MOND-simuleringen, dock, dessa faktorer spelade knappast någon roll.

Men de nyligen publicerade resultaten från Bonn, Prag och Strasbourg motsvarar inte verkligheten på alla punkter. "Vår simulering är bara ett första steg, " understryker Kroupa. T.ex. forskarna har hittills bara gjort mycket enkla antaganden om den ursprungliga fördelningen av materia och förhållandena i det unga universum. "Vi måste nu upprepa beräkningarna och inkludera mer komplexa påverkande faktorer. Sedan får vi se om MOND-teorin faktiskt förklarar verkligheten."