МОНД и тёмная материя: галактики вращаются равномерно
Основная техника, которую Мистеле использовал в своих исследованиях, гравитационное линзирование, представляет собой явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. В рамках исследования Мистеле нанес на диаграмму так называемое соотношение Талли-Фишера, чтобы подчеркнуть эмпирическую связь между видимой массой галактики и скоростью ее вращения.
Сделав открытие, которое бросает вызов традиционному пониманию космологии, ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили новые доказательства, которые могут изменить наше восприятие космоса.
Гравитацио́нная ли́нза — массивное тело (планета, звезда, галактика, скопление галактик, скопление тёмной материи), изменяющее своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения, подобно тому как обычная линза изменяет направление светового луча. Само явление искривления светового луча под воздействием гравитации было предсказано общей теорией относительности (ОТО) А. Эйнштейна, и обнаружение гравитационных линз явилось одним из подтверждений ОТО.
Как правило, гравитационные линзы, способные существенно исказить изображение фонового объекта, представляют собой достаточно большие сосредоточения массы: галактики и скопления галактик. Более компактные объекты — например, звёзды — тоже отклоняют лучи света, однако на столь малые углы, что зафиксировать такое отклонение в большинстве случаев не представляется возможным. В этом случае можно обычно лишь заметить кратковременное увеличение яркости объекта-линзы в тот момент, когда линза пройдёт между Землёй и фоновым объектом. Википедия
Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
Ранее учёные полагали, что кривые вращения галактик должны уменьшаться по мере того, как дальше вы вглядываетесь в космос.
Традиционно поведение звезд внутри галактик озадачивало астрономов. Согласно ньютоновской гравитации, звезды на внешних краях должны двигаться медленнее из-за уменьшения гравитационного притяжения. Этого не наблюдалось, что привело к выводу о наличии темной материи. Но даже гало темной материи должно прийти к концу, поэтому кривые вращения не должны оставаться плоскими бесконечно.
Анализ Мистеле опровергает это ожидание, давая поразительное открытие: влияние того, что мы называем темной материей, простирается далеко за пределы предыдущих оценок, простираясь по меньшей мере на миллион световых лет от галактического центра.
Столь дальнодействующий эффект может указывать на то, что темная материя — в нашем понимании — может вообще не существовать.
«Это открытие бросает вызов существующим моделям, — сказал он, — предполагая, что либо существуют чрезвычайно обширные ореолы темной материи, либо нам необходимо фундаментально пересмотреть наше понимание теории гравитации».
Стейси Макгоф, профессор и директор факультета астрономии Колледжа искусств и наук, сказала, что результаты Мистеле, намеченные к публикации в Astrophysical Journal Letters, раздвигают традиционные границы.
«Последствия этого открытия глубоки», — сказал Макгоф. «Это не только может переопределить наше понимание темной материи, но и побудит нас исследовать альтернативные теории гравитации, бросая вызов самой структуре современной астрофизики».
Перевернув теорию Эйнштейна с ног на голову
Основная техника, которую Мистеле использовал в своих исследованиях, гравитационное линзирование, представляет собой явление, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. По сути, это происходит, когда массивный объект, такой как скопление галактик или даже одна массивная звезда, искривляет путь света, исходящего от удаленного источника. Это искривление света происходит потому, что масса объекта искажает ткань пространства-времени вокруг него. Это искривление света галактиками сохраняется в гораздо больших масштабах, чем ожидалось.
В рамках исследования Мистеле нанес на диаграмму так называемое соотношение Талли-Фишера, чтобы подчеркнуть эмпирическую связь между видимой массой галактики и скоростью ее вращения.
«Мы знали, что такие отношения существуют», — сказал Мистеле. «Но не было очевидно, что отношения сохранятся, чем дальше вы уходите. Насколько долго сохраняется такое поведение? Вот в чем вопрос, потому что оно не может сохраняться вечно».
Мистеле сказал, что его открытие подчеркивает необходимость дальнейших исследований и сотрудничества внутри научного сообщества, а также возможного анализа других данных.
Макгоф отметил титанические — но пока безуспешные — усилия международного сообщества физики элементарных частиц по обнаружению и идентификации частиц темной материи.
«Либо гало темной материи намного больше, чем мы ожидали, либо вся парадигма ошибочна», — сказал Макгоф.
«Теория, которая заранее предсказала такое поведение, — это модифицированная теория гравитации MOND, выдвинутая Моти Милгромом в качестве альтернативы темной материи в 1983 году. Итак, очевидная и неизбежно противоречивая интерпретация этого результата состоит в том, что темная материя — это химера; возможно, доказательства поскольку это указывает на некую новую теорию гравитации, выходящую за рамки того, чему нас научил Эйнштейн».
Больше информации: Tobias Mistele et al, Indefinitely Flat Circular Velocities and the Baryonic Tully-Fisher Relation from Weak Lensing. arXiv (2024). arxiv.org/abs/2406.09685
Источник: Case Western Reserve University
0 комментариев