Fördelningen av normal materia bestämmer exakt gravitationsacceleration i alla vanliga typer av galaxer, ett team som leds av Case Western Reserve University forskare rapporterar.

Teamet har visat att denna radiella accelerationsrelation finns i närliggande högmassa elliptiska och lågmassa sfäroidala galaxer, bygger på förra årets upptäckt av denna relation i spiral- och oregelbundna galaxer. Detta ger ytterligare stöd för att förhållandet är lika med en ny naturlag, säger forskarna.

"Detta visar att vi verkligen har en universell lag för galaktiska system, "sade Federico Lelli, tidigare en postdoktor i astronomi vid Case Western Reserve University och för närvarande stipendiat vid European Southern Observatory.

"Detta liknar Kepler -lagen för planetsystem, som inte bryr sig om planetens specifika egenskaper. Oavsett om planeten är stenig som jorden eller gasformig som Jupiter, lagen gäller, "sa Lelli, som ledde denna utredning.

I detta fall, den observerade accelerationen korrelerar tätt med gravitationens acceleration från den synliga massan, oavsett typ av galax. Med andra ord, om astronomer mäter fördelningen av normal materia, de känner till rotationskurvan, och vice versa.

"Men det är fortfarande oklart vad detta förhållande betyder och vad som är dess grundläggande ursprung, "Sa Lelli.

Studien publiceras online i Astrofysisk tidskrift i dag. Medförfattare är Stacy McGaugh, ordförande för avdelningen för astronomi vid Case Western Reserve, James Schombert, astronomiprofessor vid University of Oregon, och Marcel Pawlowski, tidigare postdoktor i astronomi vid Case Western Reserve och nuvarande Hubble -stipendiat vid University of California, Irvine.

Forskarna fann att i 153 spiral- och oregelbundna galaxer, 25 elliptiska och lentikulära och 62 dvärgkulor, den observerade accelerationen korrelerar tätt med den gravitationella acceleration som förväntas av synlig massa.

Observerade avvikelser från denna korrelation är inte relaterade till någon specifik galaxegenskap men helt slumpmässiga och förenliga med mätfel, laget hittade.

Tätheten i denna relation är svår att förstå när det gäller mörk materia som den för närvarande förstås, sa forskarna.

Det utmanar också den nuvarande förståelsen för galaxbildning och utveckling, där många slumpmässiga processer som galaxfusioner och interaktioner, in- och utflöden av gas, stjärnbildning och supernovor, inträffar samtidigt.

"Regularitet måste på något sätt komma ur detta kaos, "Sa Lelli.

För att göra sin upptäckt, forskare kombinerade olika spårare av centripetalacceleration som finns i olika typer av galaxer, varifrån de gjorde 1-till-1-jämförelser.

De kinematiska spårämnena var kall gas i spiral- och oregelbundna galaxer, stjärnor eller varm gas i elliptiska och lentikulära, och enskilda jättestjärnor i dvärgkulor.

Undersökningen omfattade så kallade ultra-svaga sfäroidala galaxer, men på grund av deras brist på ljus - vilket gör dem svåra att studera - kan forskarna inte med säkerhet erbjuda en tydlig tolkning av det radiella accelerationsförhållandet i dessa.

Ändå, det växande beviset för förhållandet, eller naturlag, kräver nytänkande om mörk materia och gravitation, sa forskarna.

"Inom standardmaterialet för mörk materia, denna lag innebär att den synliga materien och den mörka materien måste vara tätt kopplade i galaxer på lokal nivå och oberoende av globala egenskaper. De måste veta om varandra, "Sa Lelli." Inom alternativa modeller som modifierad gravitation, denna lag representerar en viktig empirisk begränsning och kan vägleda teoretiska fysiker att bygga en lämplig matematisk förlängning av Einsteins allmänna relativitet. "

Teamets forskning har hittills fokuserat på galaxer i det närliggande universum. Lelli och hans kollegor planerar att testa sambandet i mer avlägsna galaxer, bara några miljarder år efter big bang. De hoppas få veta om samma förhållande gäller under universums livstid.