Dvärggalaxen NGC1427A flyger genom galaxhopen Fornax och genomgår störningar som inte skulle vara möjliga om denna galax var omgiven av en tung och utsträckt mörk materia-halo, vilket krävs av standardkosmologi. Kredit:ESO
Enligt standardmodellen för kosmologi är de allra flesta galaxer omgivna av en halo av mörk materia partiklar. Denna halo är osynlig, men dess massa utövar en stark gravitationskraft på galaxer i närheten. En ny studie ledd av University of Bonn (Tyskland) och University of Saint Andrews (Skottland) utmanar denna syn på universum. Resultaten tyder på att dvärggalaxerna i jordens näst närmaste galaxhop – känd som Fornax-klustret – är fria från sådana mörk materia-halos. Studien publicerades i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Dvärggalaxer är små, svaga galaxer som vanligtvis kan hittas i galaxhopar eller nära större galaxer. På grund av detta kan de påverkas av gravitationseffekterna av sina större följeslagare. "Vi introducerar ett innovativt sätt att testa standardmodellen baserat på hur mycket dvärggalaxer störs av gravitationella tidvatten från närliggande större galaxer", säger Elena Asencio, en Ph.D. student vid universitetet i Bonn och huvudförfattaren till berättelsen. Tidvatten uppstår när gravitationen från en kropp drar olika på olika delar av en annan kropp. Dessa liknar tidvatten på jorden, som uppstår eftersom månen drar starkare på den sida av jorden som är vänd mot månen.
Fornax-klustret har en rik population av dvärggalaxer. Nyligen genomförda observationer visar att vissa av dessa dvärgar verkar förvrängda, som om de blivit störda av klustermiljön. "Sådana störningar i Fornax-dvärgarna förväntas inte enligt standardmodellen", säger Pavel Kroupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag. "Detta beror på att dessa dvärgars mörka materiahalos enligt standardmodellen delvis bör skydda dem från tidvatten som höjs av klustret."
Författarna analyserade den förväntade störningsnivån hos dvärgarna, vilket beror på deras inre egenskaper och deras avstånd till det gravitationskraftiga klustercentrum. Galaxer med stora storlekar men låga stjärnmassor och galaxer nära klustercentrum störs eller förstörs lättare. De jämförde resultaten med deras observerade störningsnivå som framgår av fotografier tagna av VLT Survey Telescope vid European Southern Observatory.
Elena Asencio säger att "jämförelsen visade att, om man vill förklara observationerna i standardmodellen. Fornax-dvärgarna borde redan förstöras av gravitationen från klustercentrum även när tidvattnet den höjer på en dvärg är sextiofyra gånger svagare än dvärgens egen gravitation." Detta är inte bara kontraintuitivt, sa hon, det motsäger också tidigare studier, som fann att den yttre kraften som behövs för att störa en dvärggalax är ungefär densamma som dvärgens självgravitation.
Motsägelse mot standardmodellen
Av detta drog författarna slutsatsen att det i standardmodellen inte är möjligt att förklara de observerade morfologierna hos Fornax-dvärgarna på ett självständigt sätt. De upprepade analysen med Milgromian dynamics (MOND). Istället för att anta halos från mörk materia som omger galaxer, föreslår MOND-teorin en korrigering av newtonsk dynamik genom vilken gravitationen upplever ett uppsving i regimen med låga accelerationer.
"Vi var inte säkra på att dvärggalaxerna skulle kunna överleva den extrema miljön i en galaxhop i MOND, på grund av frånvaron av skyddande mörk materia-glorier i denna modell", säger Dr Indranil Banik från University of St Andrews. "Men våra resultat visar en anmärkningsvärd överensstämmelse mellan observationer och MOND-förväntningarna på störningsnivån hos Fornax-dvärgarna."
"Det är spännande att se att de data vi fick med VLT-undersökningsteleskopet möjliggjorde ett så grundligt test av kosmologiska modeller", säger Aku Venhola från Uleåborgs universitet (Finland) och Steffen Mieske från European Southern Observatory, medförfattare till studien.
Det är inte första gången som en studie som testar effekten av mörk materia på dynamiken och evolutionen av galaxer drog slutsatsen att observationer är bättre förklarade när de inte är omgivna av mörk materia. "Antalet publikationer som visar inkompatibiliteter mellan observationer och mörk materiaparadigmet fortsätter bara att öka för varje år. Det är dags att börja investera mer resurser i mer lovande teorier", säger Pavel Kroupa, medlem av de transdisciplinära forskningsområdena modellering och materia vid universitetet av Bonn.
Dr. Hongsheng Zhao från University of St Andrews tillade att deras "resultat har stora konsekvenser för fundamental fysik. Vi förväntar oss att hitta fler störda dvärgar i andra kluster, en förutsägelse som andra lag borde verifiera." + Utforska vidare
