Datorsimuleringar av astronomer stödjer tanken att mörk materia – materia som ingen ännu har upptäckt direkt men som många fysiker tror måste finnas där för att förklara flera aspekter av det observerbara universum – existerar, enligt forskarna, som inkluderar de vid University of Kalifornien, Irvine.
Verket tar upp en grundläggande debatt inom astrofysik – behöver osynlig mörk materia existera för att förklara hur universum fungerar som det gör, eller kan fysiker förklara hur saker fungerar enbart utifrån den materia vi direkt kan observera? För närvarande tror många fysiker att något liknande mörk materia måste existera för att förklara stjärnors och galaxers rörelser.
"Vår uppsats visar hur vi kan använda verkliga, observerade relationer som grund för att testa två olika modeller för att beskriva universum", säger Francisco Mercado, huvudförfattare och nyligen doktorand. examen från UC Irvine Department of Physics &Astronomy som nu är postdoktor vid Pomona College. "Vi lägger fram ett kraftfullt test för att skilja mellan de två modellerna."
Testet innebar att man körde datorsimuleringar med båda typerna av materia – normal och mörk – för att förklara förekomsten av spännande egenskaper uppmätta i verkliga galaxer. Teamet rapporterade sina resultat i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Funktionerna i galaxer som teamet hittade "förväntas dyka upp i ett universum med mörk materia men skulle vara svåra att förklara i ett universum utan det", sa Mercado. "Vi visar att sådana särdrag förekommer i observationer av många verkliga galaxer. Om vi tar dessa data till nominellt värde, bekräftar detta ställningen för mörk materiamodellen som den som bäst beskriver universum vi lever i."
Dessa särdrag som Mercado noterade beskriver mönster i stjärnors och gasers rörelser i galaxer som bara verkar vara möjliga i ett universum med mörk materia.
"Observerade galaxer verkar följa ett snävt förhållande mellan den materia vi ser och den antagna mörka materien vi upptäcker, så mycket att vissa har föreslagit att det vi kallar mörk materia verkligen är bevis på att vår gravitationsteori är fel," sa co- författaren James Bullock, professor i fysik vid UCI och dekanus för UCI School of Physical Sciences.
"Vad vi visade är att inte bara mörk materia förutsäger förhållandet, utan för många galaxer kan det förklara vad vi ser mer naturligt än modifierad gravitation. Jag blir ännu mer övertygad om att mörk materia är rätt modell."
Funktionerna förekommer också i observationer gjorda av förespråkare för ett universum utan mörk materia. "Observationerna vi undersökte - själva observationerna där vi hittade dessa egenskaper - utfördes av anhängare av teorier utan mörk materia", säger medförfattaren Jorge Moreno, docent i fysik och astronomi vid Pomona College.
"Trots deras uppenbara närvaro, utfördes lite eller ingen analys av dessa egenskaper av det samhället. Det tog folk som oss, forskare som arbetar med både vanlig och mörk materia, för att starta konversationen."
Moreno tillade att han förväntar sig att debatt inom hans forskarsamhälle kommer att följa i kölvattnet av studien, men att det kan finnas utrymme för gemensamma grunder, eftersom teamet också fann att sådana egenskaper bara visas i deras simuleringar när det finns både mörk materia och normal materia i universum.
"När stjärnor föds och dör exploderar de till supernovor, som kan forma galaxernas centrum, vilket naturligt förklarar förekomsten av dessa egenskaper," sa Moreno. "Förenklat uttryckt kräver de egenskaper vi undersökte i observationer både förekomsten av mörk materia och inkorporering av normalmateriens fysik."
Nu när universums mörka materiamodell verkar vara den ledande, är nästa steg, förklarade Mercado, att se om den förblir konsekvent i ett mörk materiauniversum.
"Det skulle vara intressant att se om vi kunde använda samma förhållande för att till och med skilja mellan olika modeller av mörk materia," sa Mercado. "Att förstå hur detta förhållande förändras under olika modeller av mörk materia kan hjälpa oss att begränsa egenskaperna hos själva mörk materia."
Mer information: Francisco J Mercado et al, Hooks &Bends in the radial acceleration relation:discriminatory tests for dark matter and MOND, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae819
Journalinformation: Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society
Tillhandahålls av University of California, Irvine
