Medan partikelteorier för närvarande är de mest gynnade förklaringarna till mörk mater, fysiker har fortfarande inte kunnat upptäcka mörk materia partiklar på sätt som skulle bekräfta eller motsäga dessa teorier. Vissa teoretiker har alltså utforskat nya gravitationsteorier som tydligt redogör för och förklarar existensen av denna svårfångade typ av materia. För att undvika behovet av mörk materia, dock, dessa teorier bör anpassas till kosmologiska observationer som hittills samlats in.

Två forskare vid Jet Propulsion Laboratory (JPL) och Princeton University har nyligen genomfört en studie som syftar till att bättre förstå vilka punkter alternativa gravitationsteorier bör ta upp för att effektivt stödja förekomsten av mörk materia i universum. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , skisserar en serie begränsningar som kan hjälpa till att fastställa den potentiella giltigheten av alternativa gravitationsteorier.

Det vanliga kosmologiska paradigmet, ΛCDM, förklarar hur det nuvarande universum utvecklades från kosmisk mikrovågsbakgrund (CMB), i huvudsak måla en "bild" av universums utveckling från dess tidiga dagar fram till idag. Utvecklingen av CMB:s struktur till galaxer och den nuvarande kosmiska webbstrukturen kan motiveras av förekomsten av kall mörk materia (CDM).

"Vi ville se om vi kunde använda CMB-data och galaxdata som finns tillgängliga idag för att sätta några begränsningar för hur en alternativ gravitationsteori skulle behöva bete sig om den skulle förklara mörk materia, "Kris Pardo, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "I grund och botten, om det faktiskt är någon alternativ gravitation som är ansvarig för mörk materia, då borde den kunna förklara exakt hur normal materia utvecklas från CMB till idag."

Kärnidén bakom studien utförd av Pardo och hans kollega David N. Spergel har redan utforskats av andra forskare, inklusive av Scott Dodelson vid Kavli Institute for Cosmological Physics i en artikel publicerad 2011. Icke desto mindre, Pardo och Spergel var de första som faktiskt beräknade funktionen som sammanfattar denna idé.

"Vi visade att varje teori som försöker förklara mörk materia genom att ändra gravitationen (snarare än genom att ha en ny partikel) skulle behöva ha en mycket unik form, " förklarade Pardo. "Faktiskt, denna form skulle vara så unik att den förmodligen skulle leda till några ganska galna rörelser av galaxer nära oss, vilket vi inte ser några bevis för. Så den enklaste förklaringen till mörk materia är fortfarande att det är någon partikel."

Den nyligen genomförda studien av Pardo och Spergel satte nya begränsningar för de specifika egenskaper som alternativa gravitationsteorier bör ha för att stödja förekomsten av mörk materia. Intressant, forskarna fann att ingen av teorierna om gravitation som hittills föreslagits uppfyller dessa begränsningar, vilket antyder att om mörk materia kan förklaras med sådana teorier, en giltig teori har ännu inte utvecklats. I framtiden, deras arbete skulle kunna informera utvecklingen av alternativa gravitationsteorier som är mer i linje med kosmologiska observationer.

"I vår studie, vi antog att den alternativa gravitationsteorin måste vara 'linjär, "" sa Pardo. "Vi tittar nu på hur vi kan utöka detta till icke-linjära teorier."

© 2020 Science X Network