En internationell grupp av forskare, inklusive Case Western Reserve University Astronomy Chair Stacy McGaugh, har publicerat forskning som hävdar att en rivaliserande idé till den populära hypotesen om mörk materia mer exakt förutsäger ett galaktiskt fenomen som verkar trotsa gravitationens klassiska regler.

Detta är betydelsefullt, astrofysikerna säger, eftersom det ytterligare etablerar hypotesen - kallad modifierad Newtonsk dynamik (MOND), eller "modifierad gravitation" – som en genomförbar förklaring till ett kosmologiskt dilemma:att galaxer verkar motverka de länge accepterade gravitationsreglerna som spårades till Sir Isaac Newton i slutet av 1600-talet.

Mysteriet:I decennier, vi har mätt mer gravitationskraft i rymden än vi tror att vi borde ha – att det inte finns tillräckligt med synlig eller känd materia för att förklara allt.

Så, Förespråkare av mörk materia teoretiserar att det mesta av det kända universum faktiskt är gjord av material som inte interagerar med ljus, vilket gör det osynligt och oupptäckbart – men att detta material står för mycket av gravitationskraften bland galaxer. Det har varit den rådande teorin i nästan 50 år.

MOND teori, en motförklaring som introducerades av fysikern Mordehai Milgrom från Weizmann Institute (Israel) i början av 1980-talet, säger att denna gravitationskraft existerar eftersom gravitationsreglerna är något ändrade.

Istället för att tillskriva den överdrivna gravitationskraften till en osynlig, oupptäckbar mörk materia, MOND antyder att gravitationen vid låga accelerationer är starkare än vad som skulle förutsägas av en ren Newtonsk förståelse.

Dessutom, MOND gjorde en djärv förutsägelse:de inre rörelserna hos ett objekt i kosmos bör inte bara bero på själva objektets massa, men också gravitationskraften från alla andra massor i universum – kallad "den yttre fälteffekten" (EFE).

Milgrom sa att fynden, om det bekräftas starkt, skulle vara "den rykande pistolen som bevisar att galaxer styrs av modifierad dynamik snarare än att lyda Newtons lagar och allmän relativitet."

150 galaxer testade för EFE

McGaugh och hans medarbetare, ledd av Kyu-Hyun Chae, från Sejong University i Sydkorea, säga att de upptäckte denna EFE i mer än 150 studerade galaxer.

Deras resultat publicerades nyligen i The Astrophysical Journal .

"Den externa fälteffekten är en unik signatur av MOND som inte förekommer i Newton-Einstein gravitation, ", sade McGaugh. "Detta har ingen analogi i konventionell teori med mörk materia. Att upptäcka denna effekt är en verklig huvudskrapa."

Teamet på sex astrofysiker och astronomer inkluderar huvudförfattaren Chae och andra bidragsgivare från Storbritannien, Italien och USA.

"Jag har arbetat under hypotesen att mörk materia existerar, så det här resultatet överraskade mig verkligen, " sade Chae. "Inledningsvis, Jag var ovillig att tolka våra egna resultat till förmån för MOND. Men nu kan jag inte förneka det faktum att resultaten som de står klart stödjer MOND snarare än hypotesen om mörk materia."

Analysera roterande galaxer

Gruppen analyserade 153 rotationskurvor för skivgalaxer som en del av sin studie. Galaxerna valdes ut från databasen Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves (SPARC), skapad av en annan medarbetare, Federico Lelli, under sina postdoktorala studier vid Case Western Reserve, McGaugh och medförfattare James Schombert, vid University of Oregon.

Förutom Chae, McGaugh, Lelli och Schombert, författarna till forskningen var Pengfei Li från Case Western Reserve och Harry Desmond från University of Oxford.

Forskarna sa att de härledde EFE genom att observera att galaxer i starka yttre fält saktade ner (eller uppvisade minskande rotationskurvor) oftare än galaxer i svagare yttre fält - som förutspåtts av MOND enbart.

Lelli sa att han var skeptisk till resultaten till en början "eftersom den externa fälteffekten på rotationskurvor förväntas vara mycket liten. Vi tillbringade månader med att kontrollera olika systematik. Till slut, det blev tydligt att vi hade en riktig, fast detektion."

McGaugh sa att skepsis är en del av den vetenskapliga processen och förstår många forskares ovilja att överväga MOND som en möjlighet.

"Jag kom från samma plats som de i mörk materia-gemenskap, " sa han. "Det gör ont att tänka på att vi kan ha så fel. Men Milgrom förutspådde detta för över 30 år sedan med MOND. Ingen annan teori förutsåg det observerade beteendet."