Radiobild av den neutrala vätgasen i galaxen AGC 114905. Dess lutning uppskattas från den svarta ellipsen, vilket stämmer bättre överens med uppgifterna. Om man antar att galaxen är cirkulär när den ses med ansiktet på, innebär detta en måttlig lutning på 32°. Den nya studien tyder dock på att den blå ellipsen för en mycket låg lutning faktiskt kan vara korrekt – och därmed rädda MOND-teorin – om galaxen i sig är något icke-cirkulär. Författarna visar att detta är möjligt med hjälp av en dedikerad MOND-simulering. Kredit:Mancera Pina et al.
En internationell grupp astronomer, ledda av en fysiker vid University of St Andrews, har återupplivat en alternativ gravitationsteori.
Under ledning av Dr. Indranil Banik från School of Physics and Astronomy i St Andrews avslöjade studien en hög förutspådd rotationshastighet för gas i en dvärggalax i överensstämmelse med den tidigare debunterade teorin känd som Milgromian Dynamics (MOND).
En tidigare studie av gasens rotationshastighet i dvärggalaxen AGC 114905 (Mancera Pina et al, 2022) fann att gasen roterade mycket långsamt och hävdade att MOND-teorin var död.
Sådana teorier är viktiga för att förstå vårt universum eftersom galaxer, enligt känd fysik, roterar så snabbt att de borde flyga isär. MOND, ett kontroversiellt alternativ till General Relativity, den rådande Einstein-inspirerade förståelsen av fenomenet gravitation som kräver mörk materia för att hålla samman galaxer; kräver inte mörk materia. Eftersom mörk materia aldrig har upptäckts trots årtionden av mycket känsliga sökningar, har olika teorier lagts fram för att förklara vad som håller ihop galaxer, och debatten rasar om vad som är rätt. Den mycket låga rotationshastigheten som rapporterats i Mancera Pina et al-studien är oförenlig med förutsägelser i ett universum som styrs av allmän relativitet med stora mängder mörk materia.
Dr. Baniks grupp hävdar att den höga förutsagda rotationshastigheten i MOND gravitationsteorin överensstämmer med observationer om galaxens lutning överskattas.
Rotationen av stjärnor och gas i avlägsna galaxer kan inte mätas direkt. Endast komponenten längs siktlinjen är känd från exakta spektroskopiska mätningar. Om galaxen betraktas nästan med ansiktet på, skulle den mestadels rotera inom himlens plan. Detta kan vilseleda observatörer att tro att galaxen faktiskt roterar väldigt långsamt, vilket skulle kräva att de överskattar lutningen mellan skiv- och himmelplan. Denna lutning uppskattades utifrån hur elliptisk galaxen ser ut (se bild).
Den nya studien undersökte denna avgörande fråga med hjälp av detaljerade MOND-simuleringar av en skivgalax som liknar AGC 114905 gjorda vid universitetet i Bonn av Srikanth Nagesh och instiftad av Pavel Kroupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag. Simuleringarna visar att det kan verka något elliptiskt även när det ses ansikte. Detta beror på att stjärnor och gas i galaxen har gravitation och kan dra sig själva till en något icke-cirkulär form. En liknande process orsakar spiralarmarna i skivgalaxer, egenskaper som är så vanliga att dessa ofta kallas spiralgalaxer.
Som ett resultat kan galaxen vara mycket närmare ansiktet än vad observatörerna trodde. Detta kan innebära att galaxen roterar mycket snabbare än vad som rapporterats, vilket tar bort spänningen med MOND.
Dr. Banik, huvudförfattare till den nya studien, sa:"Våra simuleringar visar att lutningen för AGC 114905 kan vara betydligt mindre än vad som rapporterats, vilket skulle innebära att galaxen faktiskt roterar mycket snabbare än folk tror, i linje med MONDs förväntningar. "
Dr. Hongsheng Zhao, från School of Physics and Astronomy vid University of St Andrews, sa:"Den mycket låga rapporterade rotationshastigheten för denna galax är oförenlig med både MOND och standardmetoden med mörk materia. Men bara MOND kan komma runt denna uppenbara motsägelse."
Den nya studien hävdar också att en liknande "falsk lutning"-effekt sannolikt inte kommer att uppstå i standardmetoden för mörk materia eftersom galaxen domineras av den släta mörka materiens halo. Stjärnorna och gasen bidrar lite till gravitationen, så skivan är inte "självgraviterande."
Detta betyder att det sannolikt kommer att se väldigt cirkulärt ut om det ses framifrån, vilket bekräftas av simuleringar utförda av en annan grupp (Sellwood &Sanders, 2022). Som ett resultat måste den observerade ellipticiteten bero på en betydande lutning mellan skivan och himmelplanen. Rotationshastigheten skulle då vara mycket liten, vilket antyder att galaxen har mycket lite mörk materia. Det är inte möjligt inom detta ramverk att en isolerad dvärggalax skulle ha en så liten mängd mörk materia med tanke på hur mycket massa den har i stjärnor och gas.
Pavel Kroupa, professor vid universitetet i Bonn och Charles University i Prag, sa om det bredare sammanhanget för dessa resultat:"Medan MOND fungerar bra i de tester som hittills genomförts, orsakar standardmetoden mycket allvarliga problem på alla skalor, från dvärggalaxer som AGC 114905 hela vägen upp till kosmologiska skalor, som hittats av många oberoende team."
Uppsatsen "Overestated inclinations of Milgromian disk galaxies:the case of the ultradiffuse galaxy AGC 114905" publiceras i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society + Utforska vidare
